BR112018002737B1

BR112018002737B1 - Dispositivo de usinagem e método para usinagem de um alvo

Info

Publication number: BR112018002737B1
Application number: BR112018002737-5A
Authority: BR
Inventors: Sébastien ESTIVAL; Paul-Etienne MARTIN; Axel Kupisiewicz
Original assignee: Laser Engineering Applications
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2022-08-30
Also published as: JP6868024B2; US20170361401A1; KR102651276B1; EP3195041A1; EP3195041B1; WO2017029210A1; HK1250178A1; CN108027497B; JP2018530437A; CN108027497A; BR112018002737A2; EP4177000A1; JP2021112771A; US10279426B2; KR20180048670A; JP7123209B2

Abstract

DISPOSITIVO DE USINAGEM E MÉTODO PARA USINAGEM DE UM ALVO. Trata-se de um dispositivo de usinagem (100) que compreende: uma fonte de luz (33); um sistema óptico (2) para obtenção de um feixe de luz de saída espacialmente desviado (7) que permanece paralelo a um meio de focalização a montante da posição dada (9), sendo que o dito sistema óptico (2) compreende: um espelho móvel (19) de tal modo que a sua normal tenha a capacidade de representar uma trajetória em um espaço tridimensional, em que o dito sistema óptico (2) é configurado de tal modo que o dito primeiro feixe de luz incidente (4) e a dita normal ao espelho móvel (19) sejam separados por um ângulo (15) compreendido entre 0° e 15° para todas as posições e orientações possíveis do dito espelho móvel (19); meios de acionamento (6) para mover o dito espelho móvel (19); um sistema de retrorreflexão (21) que tem a capacidade de fornecer um segundo feixe de luz incidente (8) paralelo a um primeiro feixe de luz refletido (23) no dito espelho móvel (19); meios de focalização (9) para focalização de feixe de luz de saída (7) em um alvo (10).

Description

ÁREA DA TÉCNICA

[001] De acordo com um primeiro aspecto, a invenção refere-se a um dispositivo de usinagem. Mais precisamente, a mesma se refere a um dispositivo de usinagem que usa luz para usinar um alvo. De acordo com um segundo aspecto, a invenção se refere a um método para usinar um alvo ou uma unidade de material com o uso de um feixe de luz, preferencialmente, por um feixe de laser.

TÉCNICA ANTERIOR

[002] Atualmente, feixes de luz tais como feixes de laser podem ser usados para usinar componentes. De fato, é possível derreter ou mesmo vaporizar um material em um alvo para criar um orifício ou um projeto gravado, por exemplo, ou para cortar um elemento em dois.

[003] Alguns dispositivos usam um feixe de laser para usinar ou gravar um alvo ao longo de uma linha. Tais dispositivos poderiam ser denominados “dispositivos de usinagem 1D”. Para algumas aplicações, é desejado ter um dispositivo com capacidade para usinar um orifício em um alvo.

[004] Se o feixe de laser atinge o alvo perpendicularmente à superfície do mesmo, as laterais do orifício ou a borda de corte não são perfeitamente perpendiculares à dita superfície, mas geralmente desviadas por um ângulo de cerca de 4° em relação ao normal da superfície em que o feixe é direcionado. Para algumas aplicações, tal desvio das laterais em relação à superfície sendo processada não é aceitável para determinados componentes de tolerância extremamente baixa em aplicações mecânicas de precisão, tal como uma fabricação de relógio, por exemplo. Uma solução consiste em direcionar um feixe de laser em um pequeno ângulo par o normal da superfície-alvo, geralmente em um ângulo maior que 4°.

[005] O documento no US7.842.901B2 descreve um dispositivo para criar um material oco ou de remoção com o auxílio de um feixe de laser. Conforme pode ser visto na Figura 1 neste documento, por exemplo, é possível que o feixe de luz tenha um ângulo de ataque que não é perpendicular ao alvo. O sistema de excentricidade que permite que o feixe de luz de saída seja desviado lateralmente em relação ao feixe de luz de entrada antes de focalizar pode compreender um prisma de Dove, um prisma Abbe-Koenig ou um sistema que consiste em três espelhos. O sistema óptico revelado no documento no US7.842.901B2 é relativamente complexo. Em particular, é necessário fornecer meios de acionamento muito elaborados devido ao fato de que esse sistema é transversal: os meios de acionamento precisam ser selecionados de modo que os mesmos não interfiram com a trajeto do feixe de luz. Além disso, o mesmo exige um sistema óptico de compensação para compensar as imprecisões geométricas no sistema de excentricidade. O sistema óptico de compensação aumenta tanto o tamanho quanto o peso do aparelho. Além disso, o próprio sistema óptico de compensação introduz complexidade adicional. Finalmente, o controle da lateral desviada entre os feixes de luz de entrada e saída é delicado.

[006] O documento no US4.822.974 sugere um sistema óptico que permite um feixe de luz ser direcionado a um alvo de acordo com um trajeto óptico que não é perpendicular à superfície de uma amostra ou alvo a ser processado, consultar feixe 115 na Figura 1 e feixe 115’’ na Figura 2 daquele documento, por exemplo. O sistema compreende uma primeira parte com a qual é possível obter um feixe de luz de saída 114 que é desviado em relação a um feixe de luz de entrada 112. Uma focalização óptica é usada para focar o feixe de luz de saída 114 em um alvo posteriormente. O sistema óptico também é bastante complexo. Como no caso do documento no US7.842.901B2, é necessário fornecer meios de acionamento muito complexos construídos com propósito devido ao fato de que o sistema é transversal: os meios de acionamento precisam ser selecionados de modo que os mesmos não interfiram no trajeto do feixe de luz.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] De acordo com um primeiro aspecto, um dos objetivos da presente invenção é fornecer um dispositivo que usa um feixe de luz para usinar um alvo que é mais simples. Com essa finalidade, os inventores sugerem um dispositivo de usinagem que compreende: uma fonte de luz; um sistema óptico para obter, a partir de um feixe de luz de entrada, um feixe de luz de saída que é espacialmente desviado em relação ao dito feixe de luz de entrada (e configurado de modo que o dito feixe de luz de saída permaneça em uma determinada direção a montante de meios de focalização), sendo que o dito sistema óptico compreende: o um espelho: que tem uma superfície de reflexão substancialmente plana definida por uma normal para obter um primeiro feixe de luz refletido de um primeiro feixe de luz incidente proveniente do dito feixe de luz de entrada, que é móvel de tal modo que sua normal tenha capacidade para representar uma trajetória em um espaço tridimensional; em que o dito sistema óptico é configurado de modo que o dito primeiro feixe de luz incidente e a dita normal ao espelho móvel sejam separados por um ângulo compreendido entre 0° e 15° para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel; o meios de acionamento para mover o dito espelho móvel; o um sistema de retrorreflexão: posicionado em relação ao dito espelho móvel para obter, a partir do dito primeiro feixe de luz refletido, um segundo feixe de luz incidente no dito espelho para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel, para obter um feixe de luz de saída de uma reflexão do dito segundo feixe de luz incidente no dito espelho, e com capacidade para fornecer o dito segundo feixe de luz incidente no dito espelho móvel que é paralelo ao dito primeiro feixe de luz refletido para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel (no sistema óptico da invenção); meios de focalização para focalizar o dito feixe de luz de saída em um alvo.

[008] A normal do espelho tem capacidade para representar uma trajetória (ou um movimento) em um espaço tridimensional. Em outras palavras, o sistema óptico é configurado de modo que a dita normal tem capacidade para moldar uma superfície 3D, por exemplo, uma superfície cônica, isto é, uma superfície que não é plana. Independentemente da posição e orientação do espelho móvel, o feixe de luz de saída permanece paralelo a uma determinada posição a montante dos meios de focalização. Isso é notavelmente possível devido ao uso do sistema de retrorreflexão.

[009] O sistema óptico do dispositivo da invenção é configurado de modo que uma variação da posição do espelho móvel tenha capacidade para induzir uma variação do desvio (em duas dimensões ou 2D) entre feixe de luz de entrada e feixe de luz de saída. Em outras palavras, o sistema óptico do dispositivo de usinagem tem capacidade para controlar o desvio espacial entre o feixe de luz de entrada e o feixe de luz de saída. Por exemplo, o feixe de luz de saída pode ser desviado angularmente em relação ao feixe de luz de entrada e/ou transladado em relação ao feixe de luz de entrada. O feixe de luz de saída desviado pode, então, ser direcionado a uma peça para usinar em um ângulo que não seja zero em relação à normal da dita peça, passando pelos meios de focalização. O resultante é uma compensação para a conicidade natural induzida durante um processo de corte de gravação ou processo de corte de orifício ou a capacidade de obter cortes, gravações ou furos com conicidades que são positiva, neutra ou negativa com o ajuste do desvio do feixe de luz de saída.

[010] No sistema óptico do dispositivo de usinagem de acordo com a invenção, os meios de acionamento podem ser posicionados atrás do espelho. Isso quer dizer um lado do espelho que não recebe qualquer luz devido ao feixe de luz de entrada. Consequentemente, portanto, o sistema óptico de acordo com a invenção pode ser caracterizado como refletor em vez de transversal. Isso permite o uso de meios de acionamento mais simples (tais como motores do tipo “sem escovas”, estágios de posicionamento lineares ou piezoelétricos, por exemplo). Finalmente, o dispositivo de usinagem da invenção que usa o dito sistema óptico também é mais simples. Não é apenas mais fácil de operar, mas também mais fácil de manter. Partes de desgaste são geralmente partes móveis. Com o dispositivo de usinagem da invenção, há apenas um elemento que é móvel: o espelho. Um espelho não é dispendioso em comparação às partes móveis nos documentos dos EUA citados anteriormente. Além disso, o espelho móvel pode ser guiado de modo mais simples com o dispositivo da invenção. Isso, por sua vez, faz o dispositivo de usinagem da invenção ser mais fácil de ser mantido, particularmente, quando um componente precisa ser substituído. Nos dois documentos dos EUA mencionados anteriormente, sistemas ópticos - em alguns casos aparelhos muito complexos - giram em alta velocidade. No dispositivo da invenção, apenas um elemento (ou elementos) óptico simples precisa se mover: um espelho. Isso limita os custos de manutenção. O dispositivo de acordo com a invenção usa elementos ópticos simples. O mesmo pode também ser não dispendioso e resistente.

[011] O dispositivo da invenção poderia ser denominado “dispositivo de usinagem bidimensional (2D)”. O feixe de luz de saída pode representar uma trajetória (ou movimento) em um espaço tridimensional antes (ou a montante) dos meios de focalização. Em outras palavras, o sistema óptico do dispositivo da invenção tem capacidade para impor um desvio em 2D (ao longo de pelo menos duas direções não paralelas) entre feixes de luz de entrada e de saída (e não apenas ao longo de uma direção). Essa propriedade 2D para o desvio é possível com o dispositivo da invenção devido ao fato de que a normal ao espelho tem capacidade para representar uma trajetória em um espaço tridimensional e também devido ao uso do sistema de retrorreflexão (ou retrorrefletor). De modo equivalente, pode ser dito que o espelho é móvel de tal modo que sua normal tem capacidade para representar um movimento em um espaço tridimensional. O sistema de retrorreflexão tem capacidade para fornecer o dito segundo feixe de luz incidente no espelho móvel que é paralelo ao dito primeiro feixe de luz refletido para todas as possíveis posições e orientações do espelho móvel. É possível com o sistema óptico do dispositivo da invenção ter um segundo feixe de luz incidente no espelho móvel que é paralelo ao dito primeiro feixe de luz refletido independentemente do plano definido pelo primeiro feixe de luz incidente e a normal ao espelho móvel. Isso é possível devido ao uso do sistema de retrorreflexão (que poderia também ser denominado retrorrefletor). Visto que o primeiro feixe de luz refletido e o segundo feixe de luz incidente têm direções opostas ao longo de uma mesma linha, poderia ser dito que o primeiro feixe de luz refletido e o segundo feixe de luz incidente são antiparalelos. Dois espelhos planos não constituem um sistema de retrorreflexão visto que os mesmos não têm capacidade para fornecer um segundo feixe de luz incidente no espelho móvel que é paralelo ao dito primeiro feixe de luz refletido independentemente do plano definido pelo primeiro feixe de luz incidente e a normal ao espelho móvel. Finalmente, em um plano que compreende, por exemplo, os meios de focalização, o feixe de luz de saída pode representar uma trajetória ao longo de uma superfície que não é necessariamente chata. Isso é importante se for desejado que um dispositivo tenha capacidade para usinar orifícios. Com o dispositivo da invenção, é possível ter uma propriedade “2D” do desvio de feixe de luz de saída com apenas um elemento móvel: o espelho. Como consequência, apenas um elemento para os meios de acionamento (um motor, um elemento piezoelétrico por exemplo) é necessário. Com a invenção, não há necessidade de fornecer um sistema de sincronização para sincronizar dois elementos de acionamento diferentes (dois motores, por exemplo) que impõem dois movimentos 1D diferentes a dois elementos ópticos móveis diferentes, cada um com capacidade para impor um desvio ao longo de uma direção entre um feixe de luz de entrada e um feixe de luz de saída.

[012] Um sistema de retrorreflexão (ou retrorrefletor) é conhecido por um indivíduo versado na técnica, consultar, por exemplo, “Les Instruments d’optique. Etude théorique, expérimentale et pratique”, 2a Edição Luc Dettwiller, Ellipse; “Optique”, E Hecht, Pearson Education; “Optics and Optical Instruments: an introduction”, B.K. Johnson, Dover; “Exterior Billiards: systems and impacts outside bounded domains”, A. Plakhov, Springer Science & Business Media. Um sistema de retrorreflexão é um elemento óptico (ou sistema óptico) que permite enviar (ou fornecer) um feixe de luz retroativo de um feixe de luz de avanço, sendo que os ditos feixes de luz retroativo e de avanço são paralelos para todas as possíveis incidências do dito feixe de luz de avanço em relação ao dito sistema de retrorreflexão (feixes de luz de avanço e retroativo têm direções opostas e evoluem ao longo de uma mesma linha; os mesmos poderiam ser denominados antiparalelos). Diferentes exemplos ou sistemas de retrorreflexão são fornecidos abaixo.

[013] O sistema óptico do dispositivo da invenção é configurado de modo que o primeiro feixe de luz incidente e a normal ao espelho móvel são separados por um ângulo compreendido entre 0° e 15° para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel. Em outras palavras, o ângulo entre primeiro feixe de luz incidente e primeiro feixe de luz refletido é compreendido entre 0° e 30° para todas as possíveis posições e orientações do espelho móvel. Depois, o feixe de luz de saída pode representar, antes (ou a montante) dos meios de focalização e em um plano perpendicular à direção de propagação, uma curva que é próxima de um círculo ou mesmo um círculo. Como consequência, orifícios (e cortes) de melhor qualidade podem ser feitos em um alvo posicionado atrás dos meios de focalização. Conforme será evidente a partir da descrição detalhada, diferentes modalidades preferenciais do dispositivo da invenção permitem obter tal separação angular entre feixe de luz incidente e a normal ao espelho.

[014] O dispositivo de acordo com a invenção apresenta outras vantagens. Seu sistema óptico é bastante compacto. Devido aos vários elementos ópticos, duas dimensões podem ser usadas para induzir o desvio entre feixes de entrada e saída, não apenas um. O uso de duas dimensões para induzir o desvio entre feixes de luz de entrada e de saída torna possível ter um sistema óptico (e, portanto, um dispositivo de usinagem) com dimensões relativamente pequenas devido ao fato de que o espaço é usado para benefício. O sistema óptico do documento no US4.822.974 é bastante volumoso, particularmente, se for desejado ter um desvio lateral substancial entre o feixe de luz de entrada e o feixe de luz de saída. De fato, esse desvio lateral é particularmente definido pela separação entre os dois prismas. O dispositivo de acordo com a invenção também é relativamente leve. O desvio entre feixes de luz de entrada e de saída pode ser facilmente controlado apenas com o ajuste da posição entre o espelho e o sistema de retrorreflexão. O volume e peso do dito espelho e sistema de retrorreflexão são ambos menores do que das montagens de prismas e/ou espelhos usadas nos sistemas conhecidos. Por fim, o dispositivo da invenção também apresenta um pequeno volume e peso por outra razão: seu sistema óptico é pouco afetado pelas falhas nos elementos de excentricidade óptica que permitem o desvio lateral entre feixes de luz de entrada e de saída devido ao fato de que o feixe de luz é refletido no espelho duas vezes. A reflexão dupla permite imprecisões associadas ao espelho e é possível que movimento seja corrigido automaticamente. Em particular, diferente do sistema óptico do documento no US7.842.901B2 não há necessidade de fornecer um sistema óptico de compensação. Portanto, o dispositivo de acordo com a invenção também é mais simples devido a essa autocorreção efetuada pela reflexão dupla no espelho.

[015] Com o dispositivo de usinagem da invenção, o feixe de luz de saída permanece paralelo a uma determinada direção antes de atingir os meios de focalização independentemente da posição e da orientação do espelho móvel. Isso permite obter orifícios e cortes de melhor qualidade. A montante dos meios de focalização, o feixe de luz de saída tem capacidade para representar um cilindro (ou uma superfície cilíndrica) em geral. Exceto pelos meios de focalização, o sistema óptico do dispositivo de usinagem de acordo com a invenção é neutro em termos de potência óptica. Meios de focalização permitem focalizar o feixe de luz de saída em uma área pequena do alvo. Tipicamente, o dito feixe de luz de saída representa uma superfície cilíndrica antes (ou a montante) dos ditos meios de focalização. Diferentes meios de focalização conhecidos por um indivíduo versado na técnica podem ser usados. Um exemplo é uma lente de convergência. Nesse caso, a mesma é posicionada perpendicular a uma direção de propagação principal de feixe de luz de saída (antes de focalizar). Outro exemplo de meios de focalização é uma lente telecêntrica. Outros exemplos poderiam ser usados. Preferencialmente, é o sistema óptico do dispositivo de usinagem da invenção que compreende os meios de focalização.

[016] O dispositivo de acordo com a invenção pode ser usado em muitas aplicações, por exemplo, (uma lista não completa): gravar, texturizar uma superfície, estampar, perfurar cavidades e orifícios. Com o dispositivo de usinagem da invenção, é possível ter um feixe de luz de saída que é focalizado ou concentrado em uma área muito pequena de um alvo (quase um ponto) a jusante dos meios de focalização. Desse modo, o dispositivo da invenção poderia ser denominado dispositivo de usinagem a laser ou dispositivo de gravação a laser.

[017] Vários tipos de meios de acionamento conhecidos por um indivíduo versado na técnica podem ser usados. Um exemplo é um motor preferencialmente um motor elétrico. Contudo, outros exemplos podem também ser usados. Os ditos meios de acionamento são mecanicamente acoplados ao espelho móvel.

[018] A fonte de luz permite produzir o feixe de luz de entrada. Preferencialmente, a mesma é uma fonte de laser. O laser pode ser contínuo ou pulsado, por exemplo. O feixe de laser produzido é um feixe em que o comprimento de onda está entre 0,2 μm e 2 μm, com um valor mais preferível de 1 μm. Contudo outros tipos de feixes de laser (ou fontes de laser e também fontes de laser) com diferentes comprimentos de onda podem também ser usados. Portanto, o comprimento de onda do feixe de luz pode variar entre 200 nm e 15 μm, por exemplo. Preferencialmente, o feixe de luz de entrada é circularmente polarizado. Preferencialmente, o sistema óptico tem capacidade para manter polarização entre feixes de luz de entrada e de saída.

[019] O espelho é posicionado de modo que o mesmo tenha capacidade para: - refletir o primeiro feixe de luz incidente de acordo com o primeiro feixe de luz refletido em direção ao sistema de retrorreflexão, e para - refletir o segundo feixe de luz incidente para obter um feixe de luz de saída a partir dessa segunda reflexão.

[020] De acordo com uma modalidade preferencial possível, o dispositivo de usinagem é caracterizado por seu sistema óptico ser configurado de modo que o dito feixe de luz incidente e a dita normal do espelho móvel são separados por um ângulo compreendido entre 0,01° e 5° para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel. Depois, orifícios de qualidade ainda melhor podem ser obtidos no alvo para usinar, visto que a curva representada pelo feixe de luz de saída antes (ou a montante) dos meios de focalização e em um plano perpendicular à direção de propagação principal está ainda mais próxima a um círculo ou é até mesmo um círculo perfeito.

[021] De acordo com uma modalidade preferencial possível, o dispositivo de usinagem é caracterizado por seu sistema óptico ser configurado de modo que o dito feixe de luz incidente e a dita normal do espelho móvel são separados por um ângulo compreendido entre 0,1° e 3° e, preferencialmente, por um ângulo de 0,5° para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel. Depois, orifícios de qualidade ainda melhor podem ser obtidos visto que a curva representada pelo feixe de luz de saída antes dos meios de focalização e em um plano perpendicular à direção de propagação principal está ainda mais perto de um círculo ou é até mesmo um círculo perfeito.

[022] De acordo com uma modalidade possível, o dispositivo de usinagem da invenção compreende meios (ou meios de posicionamento) para mover o alvo a ser usinado (isto é, a ser irradiado pelo dito feixe de luz de saída). Diferentes meios de posicionamento conhecidos por um indivíduo versado na técnica podem ser usados.

[023] O dispositivo sugerido pelos inventores preferencialmente compreende um sistema de deflexão para forçar uma deflexão do feixe de luz de saída a montante dos meios de focalização. Assim, então, o sistema de deflexão é compreendido entre a saída do sistema óptico e dos meios de focalização (entre o segundo sistema de orientação de feixe e meios de focalização quando o sistema óptico compreende tal segundo sistema de orientação de feixe). Com essa variação preferencial, é possível ter um campo de marcação que é significativamente maior do que aqueles conhecidos atualmente. Consequentemente, é possível obter campos de marcação com dimensões que variam de 10*10 mm a 40*40 mm, por exemplo. Conforme mencionado em parágrafo anterior, o dispositivo sugerido pelos inventores pode também compreender meios para deslocar o movimento de um alvo que deve ser usinado ou gravado. A posição (angular, por exemplo) do espelho móvel pode ser feita dependente do movimento imposto pelo sistema de deflexão e/ou na posição do alvo. Os meios de posição para mover um alvo a ser usinado e sistema de deflexão para deslocar o feixe de luz de saída a montante dos meios de focalização podem ser usados sozinhos ou em combinação. Em geral, um sistema de deflexão (digitalizador, por exemplo) pode fornecer velocidades de movimentação superiores às dos meios de posicionamento com capacidade para mover um alvo.

[024] De acordo com uma modalidade preferencial possível, o espelho móvel tem capacidade para girar completamente ao redor de um eixo geométrico de rotação, que é secante à sua normal, e os ditos meios de acionamento têm capacidade para causar o giro do dito espelho ao redor do dito eixo geométrico de rotação. Em outras palavras, o espelho tem capacidade para representar revoluções completar (360°) ao redor do dito eixo geométrico de rotação de acordo com essa modalidade preferencial. Nessa modalidade preferencial, os meios de acionamento têm capacidade para induzir rotações ou revoluções completas do espelho ao redor do eixo geométrico de rotação. Então, os meios de acionamento preferencialmente compreendem um motor elétrico do tipo “sem escovas”. A montante dos meios de focalização, o feixe de luz de saída descreve em geral a superfície cilíndrica de acordo com essa modalidade preferencial que permanece paralela a uma determinada direção independentemente da posição e orientação do espelho. Com essa modalidade preferencial, é particularmente fácil ter o feixe de luz de saída descrevendo um movimento de precessão atrás (ou a jusante) dos meios de focalização. Tal movimento é desejável quando o mesmo pretende assegurar que todas as bordas usinadas sejam perpendiculares à superfície do item (ou alvo) sendo usinado. Conforme foi notado na discussão da técnica anterior, se o feixe de laser estiver no alvo perpendicularmente à superfície do mesmo, as laterais não serão perfeitamente perpendiculares à dita superfície, eles são geralmente desviados por um ângulo de cerca de 4°. Diferente dos sistemas descritos nos documentos no US 4.822.974 e US 7.842.901B2, a haste de acionamento dos meios de acionamento do sistema óptico do dispositivo da invenção não interferem no trajeto óptico seguido pelo feixe de luz aqui; em algumas modalidades preferenciais, a haste de acionamento está presente apenas atrás do espelho inclinado móvel. Em outras palavras, o espelho inclinado de modo giratório pode apresentar uma parta (parte traseira, por exemplo) que não é atravessada por um feixe de luz que se origina do feixe de luz de entrada. Consequentemente, os meios de acionamento podem ser posicionados lá sem interferir com o trajeto de luz. Portanto, o dispositivo de acordo com a invenção é mais simples e menos dispendioso. Os sistemas dos documentos no US 4.822.974 e US 7.842.901B2 exigem uma haste oca para permitem que o feixe de luz passe quando se pretende induzir um movimento de precessão do feixe de luz de saída. Ao mesmo tempo, os inúmeros elementos que pode girar está limitado ao espelho inclinado no dispositivo da invenção. O mesmo pode ser girado de modo mais fácil e mais prontamente do que os prismas dos documentos no US 4.822.974 e US 7.842.901B2. Os meios de acionamento podem assim ser também menores e menos potente, o que introduz o tamanho e peso gerais do dispositivo da invenção. Os sistemas giratórios tais como os descritos nos documentos nO US4.822.974 e US7.842.901B2 geralmente devem ter capacidade para girar muito rapidamente e 30.000 rpm, por exemplo. Quanto maiores e mais pesados os elementos que devem ser girados, mais difícil se torna fazer com que os mesmos girem. Se os elementos a serem girados são grandes e pesados, tais como aqueles descritos nos documentos no US7.842.901B2, por exemplo, um sistema de resfriamento precisa ser fornecido, por exemplo, um sistema de resfriamento de água. Para uma modalidade preferencial em que o espelho é giratório, o mesmo pode ser girado em velocidades de 100 a 200.000 revoluções por minuto (rpm), por exemplo, e, mais preferencialmente, entre 1.000 e 100.000 rpm. Em relação a um espelho cuja orientação pode ser variada ao redor das duas ou mais direções não paralelas (espelho inclinável sem revoluções completas ao redor de um eixo geométrico de rotação), uma modalidade preferencial do dispositivo de usinagem que usa um espelho giratório tem a vantagem a seguir. Para usinar orifícios, é mais eficiente: velocidades superiores de modificação da orientação do espelho podem ser obtidas, e há menos vibrações. Um movimento de rotação é mais contínuo do que um movimento de mudança de orientação.

[025] Quando o espelho é giratório, seu eixo geométrico de rotação e a normal ao espelho são geralmente não paralelas. Preferencialmente, é possível modificar a direção do eixo geométrico de rotação do espelho. O ângulo máximo entre o eixo geométrico de rotação e a normal ao espelho é preferencialmente compreendido entre 0,1° e 2° e, ainda mais preferencialmente, tem um valor de 0,5°.

[026] De acordo com outra modalidade possível, o espelho é inclinável ao redor das duas ou mais direções, e os meios de acionamento têm capacidade para mudar uma inclinação do espelho ao redor dessas duas ou mais direções. Nesse caso, os meios de acionamento preferencialmente compreendem ou mais estágios de porções de posicionamento piezoelétricos ou tripés ou MEMS. A montante dos meios de focalização, o feixe de luz de saída descreve, em geral, uma superfície cilíndrica de acordo com essa modalidade preferencial que permanece paralela a uma determinada direção independentemente da orientação do espelho. De acordo com essa modalidade preferencial, a inclinação do espelho pode ser variável em duas ou mais direções. Um movimento de inclinação pode ser visto como um movimento de rotação (parcial) ao redor de um eixo geométrico, preferencialmente no plano da superfície do espelho refletora plana. Em relação a um espelho que pode representar revoluções (ou rotações completas) ao redor de um eixo geométrico de rotação, uma modalidade preferencial do dispositivo de usinagem que usa um espelho inclinável ao redor das duas ou mais direções tem a seguinte vantagem. É mais fácil fazer orifícios que não são circulares. Por exemplo, é mais fácil fazer orifícios quadrados, visto que é mais fácil impor uma determinada trajetória ao feixe de luz de saída. Por exemplo, para fazer um orifício quadrado, um indivíduo precisa impor quatro movimentos ao longo de quatro direções escolhidas.

[027] De acordo com uma modalidade possível, o espelho é passível de translação (ou livre, móvel em translação) e os ditos meios de acionamento têm capacidade para fazer com que o dito espelho realize um movimento de translação. Nessa modalidade, os meios de acionamento têm capacidade para fazer com que o espelho realize um movimento de translação de acordo com uma ou mais direções (duas, por exemplo) em relação ao sistema de retrorreflexão. Nesse caso, os meios de acionamento preferencialmente compreendem um estágio de posicionamento linear. Contudo, outros modelos podem também ser usados. Com essa modalidade preferencial, é possível modificar facilmente um desvio lateral entre feixes de luz de entrada e de saída (antes de meios de focalização). Com a variação da posição do espelho, é possível modificar o comprimento do trajeto óptico e, portanto, o dito desvio lateral. Isso será mais evidente na descrição detalhada. O controle do dito desvio também é muito simples devido ao fato de que o mesmo depende da posição do espelho.

[028] De acordo com outra modalidade possível, o sistema de retrorreflexão é passível de translação (ou livre, móvel em translação) e meios de acionamento têm capacidade para fazer com que o dito sistema de retrorreflexão realize um movimento de translação. Preferencialmente, os meios de acionamento com capacidade para mover o espelho são diferentes daquele com capacidade para mover o sistema de retrorreflexão.

[029] De acordo com uma modalidade possível, o sistema óptico é configurado de modo que o primeiro e o segundo feixes de luz incidentes tenham capacidade para atingir a mesma superfície refletora plana do dito espelho. Então, o dispositivo da invenção é particularmente simples, visto que é possível posicionar os meios de acionamento em um lado do espelho que não é atravessado por qualquer feixe de luz.

[030] De acordo com outra modalidade possível, o espelho tem duas superfícies de reflexão substancialmente planas: - sendo que cada uma das mesmas é definida por uma normal, - uma dentre as mesmas para obter o dito primeiro feixe de luz refletido do dito primeiro feixe de luz incidente proveniente do dito feixe de luz de entrada, - a outra para refletir o dito segundo feixe de luz incidente para fornecer o dito feixe de luz de saída.

[031] Nesse caso, o primeiro feixe de luz e o feixe de luz incidente atingem nas duas superfícies de reflexão diferentes do espelho. Isso permite o uso de um espelho menor ao mesmo tempo que se mantém os feixes de luz incidentes perto de uma direção de ao espelho, visto que o primeiro e o segundo feixes de luz incidentes atingem em duas superfícies diferentes.

[032] Preferencialmente, o sistema de retrorreflexão tem capacidade para manter a polarização de um feixe de luz e, em particular, a polarização do primeiro feixe de luz refletido. Isso permite reduzir ou mesmo evitar a perda de potência do primeiro feixe de luz refletido. Conforme será evidente a partir da descrição detalhada, há diferentes modalidades possíveis de sistemas de retrorreflexão com capacidade para manter polarização. Diferentes reflexões em diferentes superfícies de reflexão chatas (ou planas) ocorrem em geral em um sistema de retrorreflexão. Para manter uma polarização linear, duas modalidades possíveis do sistema de retrorreflexão são as seguintes: - as que tem um mesmo número de reflexões nas primeiras superfícies de reflexão chatas do sistema de retrorreflexão com a polarização linear paralela às ditas primeiras superfícies de reflexão chatas, e um número ímpar de reflexões nas segundas superfícies de reflexão chatas com a polarização linear pertencente a um plano perpendicular às ditas segundas superfícies de reflexão chatas; - as que tem um número ímpar de reflexões nas primeiras superfícies de reflexão chatas do sistema de retrorreflexão com a polarização linear paralela às ditas primeiras superfícies de reflexão chatas, e um mesmo número de reflexões sobre as segundas superfícies de reflexão chatas do sistema de retrorreflexão com a polarização linear pertencente a um plano perpendicular às ditas segundas superfícies de reflexão chatas.

[033] Preferencialmente, um sistema de retrorreflexão com capacidade para manter polarização compreende: - um prisma de Dove e um prisma isósceles de ângulo reto, ou - um prisma de Dove, uma placa de atraso de meia onda, um prisma de topo e um cubo divisor de feixe de polarização, ou - um prisma de Dove e dois espelhos, ou - cinco espelhos.

[034] Outros exemplos são possíveis.

[035] O sistema de retrorreflexão pode compreender diferentes elementos ópticos. Exemplos não limitantes são fornecidos neste parágrafo.

[036] De acordo com uma modalidade possível, o sistema de retrorreflexão compreende um canto cúbico. A vantagem associada é que o mesmo exige apenas um simples elemento óptico. Então, o dispositivo da invenção também é particularmente simples.

[037] De acordo com outra modalidade possível, o sistema de retrorreflexão compreende um prisma de Dove e um prisma isósceles de ângulo reto. Isso permite ter um sistema de retrorreflexão muito simples e, desse modo, um dispositivo de usinagem muito simples, ao mesmo tempo que se conserva polarização.

[038] De acordo com ainda outra modalidade possível, o sistema de retrorreflexão compreende adicionalmente (adicionalmente ao prisma de Dove e ao prisma isóscele de ângulo reto) uma placa de atraso de meia onda, um prisma de topo (por exemplo, um prisma de topo Amici que é conhecido por um indivíduo versado na técnica) e um cubo divisor de feixe de polarização.

[039] Alguns desses exemplos podem ser usados em combinação. Por exemplo, o sistema de retrorreflexão pode compreender: dois espelhos e um prisma de Dove, dois prismas de topo e um prisma de Dove, cinco espelhos, um prisma de Dove e um prisma de topo. Outras combinações e outras realizações são possíveis.

[040] Preferencialmente, o sistema óptico do dispositivo de usinagem da invenção compreende um primeiro sistema de orientação de feixe para obter o primeiro feixe de luz incidente por deflexão do feixe de luz de entrada. De acordo com essa modalidade preferencial, é possível induzir uma deflexão do feixe de luz de entrada (por exemplo, de cerca de 90°) com o primeiro sistema de orientação de feixe para obter o dito primeiro feixe de luz incidente no espelho. Tal modalidade preferencial pode ser ainda mais compacta do que o sistema conhecido. O espelho é preferencialmente disposto entre meios de acionamento com capacidade para moverem o mesmo e o dito primeiro sistema de orientação de feixe. De acordo com essa modalidade preferencial, é possível usar meios de acionamento muito simples que podem facilmente ser acoplados ao espelho móvel. O primeiro sistema de orientação de feixe permite o feixe de luz de entrada ser defletido por um ângulo preferencialmente entre 30° e 150°, mais preferencialmente entre 60° e 120°, e de acordo com uma variante ainda mais preferencial, por um ângulo igual a 90°.

[041] Preferencialmente, o sistema óptico do dispositivo de usinagem da invenção compreende um segundo sistema de orientação de feixe para obter o feixe de luz de saída por uma deflexão de uma reflexão do segundo feixe de luz incidente no espelho. De acordo com essa modalidade preferencial, é possível induzir por exemplo, uma deflexão de cerca de 90° na reflexão do segundo feixe de luz incidente com o segundo sistema de orientação de feixe. Tal modalidade preferencial pode adicionalmente ser mais compacta do que o sistema conhecido. O espelho é preferencialmente disposto entre meios de acionamento com capacidade para mover o mesmo e o dito segundo sistema de orientação de feixe. De acordo com essa modalidade preferencial, é possível usar meios de acionamento muito simples que podem facilmente ser acoplados ao espelho móvel. O segundo sistema de orientação de feixe permite um feixe de luz ser defletido por um ângulo preferencialmente entre 30° e 150°, mais preferencialmente, entre 60° e 120°, e de acordo com uma variante ainda mais preferencial, por um ângulo igual a 90°.

[042] O primeiro (respectivamente segundo) sistema de orientação de feixe pode compreender, por exemplo, um cubo divisor de feixe (de polarização) e/ou um primeiro atraso de onda de primeiro quarto de onda. O primeiro e o segundo sistemas de orientação de feixe são dois elementos diferentes. Preferencialmente, os mesmos têm as mesmas propriedades ópticas.

[043] Com o uso do primeiro e do segundo sistemas de orientação de feixe, o sistema óptico da invenção pode ser ainda mais compacto do que outros sistemas conhecidos. O uso de duas dimensões para induzir o desvio entre feixes de luz de entrada e de saída torna possível criar um sistema óptico com dimensões relativamente pequenas devido ao fato de que o espaço é usado para benefício. O sistema óptico do documento no US4.822.974 é bastante volumoso, particularmente, se for desejado ter um desvio lateral substancial entre o feixe de luz de entrada e o feixe de luz de saída. De fato, esse desvio lateral é particularmente definido pela separação entre os dois prismas. Com o uso do primeiro e do segundo sistemas de orientação de feixe, feixes de luz de entrada e de saída são geralmente paralelos entre si, sendo que o desvio entre os mesmos é “lateral”. Preferencialmente, o espelho móvel é posicionado entre os meios de acionamento e o primeiro sistema de orientação de feixe (respectivamente segundo).

[044] De acordo com uma modalidade preferencial, os inventores propõem um dispositivo de usinagem que compreende: o uma fonte de luz; o um sistema óptico para obter, a partir de um feixe de luz de entrada, um feixe de luz de saída que é espacialmente desviado em relação ao dito feixe de luz de entrada (e configurado de modo que o dito feixe de luz de saída permaneça em uma determinada direção a montante de meios de focalização), sendo que o dito sistema óptico compreende: o um primeiro sistema de orientação de feixe para obter um primeiro feixe de luz incidente por deflexão do feixe de luz de entrada; o um espelho móvel para obter um primeiro feixe de luz refletido do dito primeiro feixe de luz incidente; o meios de acionamento para deslocar (ou mover) o dito espelho móvel; o sistema de retrorreflexão para obter um segundo feixe de luz incidente no dito espelho do dito primeiro feixe de luz refletido; o um segundo sistema de orientação de feixe (diferente do dito primeiro sistema de orientação de feixe) para obter um feixe de luz de saída por deflexão de uma reflexão do dito segundo feixe de luz incidente no dito espelho; o meios de focalização para focalizar o dito feixe de luz de saída em um alvo; o dito sistema óptico é configurado de tal modo que uma mudança na posição do espelho móvel tenha capacidade para induzir uma variação em um desvio espacial entre o dito feixe de luz de entrada e o dito feixe de luz de saída.

[045] Preferencialmente, o espelho tem uma superfície de reflexão plana definida por uma normal.

[046] O primeiro e o segundo sistemas de orientação de feixe são dois elementos diferentes. Preferencialmente, os mesmos têm as mesmas propriedades ópticas.

[047] Preferencialmente, o dito espelho é passível de translação e os ditos meios de acionamento têm capacidade para fazer com que o dito espelho realize um movimento de translação.

[048] Preferencialmente, o dito espelho é inclinável, e os ditos meios de acionamento têm capacidade para mudar a inclinação do dito espelho. Preferencialmente, o espelho é inclinável ao redor do duas ou mais direções não paralelas.

[049] Preferencialmente, o dito espelho é giratório, e aqueles ditos meios de acionamento têm capacidade para fazer com que o dito espelho gire ao redor do um eixo geométrico de rotação que não é paralelo (secante, por exemplo) à normal de sua superfície de reflexão plana.

[050] Preferencialmente, o dito espelho é posicionado entre os ditos meios de acionamento e o dito primeiro sistema de orientação de feixe e/ou o dito segundo sistema de orientação de feixe.

[051] A montante dos meios de focalização, o feixe de luz de saída descreve em geral a superfície cilíndrica de acordo com essa modalidade preferencial que permanece paralela a uma determinada direção independentemente da posição e orientação do espelho.

[052] Preferencialmente, o primeiro e o segundo sistemas de orientação de feixe têm especificações idênticas. Por exemplo, o primeiro e o segundo cubos divisores de feixe de polarização do primeiro e do segundo sistemas de orientação de feixe têm especificações idênticas. De acordo com outro exemplo, a primeira e a segunda placas de atraso de quarto de onda do primeiro e do segundo sistemas de orientação de feixe têm especificações idênticas.

[053] Preferencialmente, o sistema óptico do dispositivo de usinagem da invenção compreende adicionalmente uma placa de meia onda giratória para modificar uma polarização do feixe de luz de entrada e meios para girar a dita placa de meia onda. Quando o sistema óptico compreende o primeiro e o segundo cubos divisores de feixe de polarização, essa placa de meia onda giratória pode atuar como um interruptor. Com o giro dessa placa de meia onda giratória, a polarização do feixe de luz gira. Então, é possível escolher uma posição da placa de meia onda de modo que o feixe de luz seja refletido pelo primeiro e pelo segundo cubos divisores de feixe de polarização para obter um feixe de luz de saída desviado. De acordo com outra posição da placa de meia onda, um feixe de luz é transmitido através do primeiro e do segundo cubos divisores de feixe de polarização sem reflexão. Depois, o feixe de luz de saída não é espacialmente desviado do feixe de luz de entrada. Quando o espelho gira, é, então, possível ter um feixe de luz de saída que segue uma trajetória de precessão ou não.

[054] O espelho do dispositivo de usinagem da invenção é móvel em relação a pelo menos um dos seguintes elementos: o primeiro sistema de orientação de feixe, o sistema de retrorreflexão e o segundo sistema de orientação de feixe. De acordo com uma variação preferencial, o espelho é móvel em relação a todos esses três elementos.

[055] Para muitas das possíveis posições do espelho, o espelho é posicionado de tal modo em relação ao primeiro sistema de orientação de feixe que os trajetos ópticos seguidos pelo primeiro feixe de luz incidente e pelo primeiro feixe de luz refletido sejam diferentes. Para muitas das possíveis posições do espelho, o mesmo é posicionado de tal modo em relação ao sistema de retrorreflexão de maneira que os trajetos ópticos seguidos pelo segundo feixe de luz incidente e sua reflexão no dito espelho sejam diferentes.

[056] A fonte de luz do dispositivo de usinagem da invenção pode ser um laser de fibra monomodo cw ou um laser de fibra pulsado, por exemplo. De acordo com outro exemplo possível, a fonte de luz é uma fonte de laser com uma duração de pulso mais curta que 10 ps. O dispositivo sugerido pelos inventores preferencialmente compreende um sistema óptico principal para modificar a colimação do feixe de luz de entrada. Com essa variação preferencial, é possível usar a divergência do feixe de luz para criar uma zona de ataque anular (ou em formato de rosquinha) ao redor do ponto de focalização natural a fim de criar furos com um diâmetro controlado precisamente. O diâmetro do orifício pode ser controlado como uma função do grau de não colimação do feixe de luz de entrada. Um elemento (uma lente, por exemplo) desse sistema óptico principal é passível de translação em uma variação preferencial.

[057] O dispositivo de usinagem sugerido pelos inventores torna possível criar conicidades negativas ou ângulos de remoção. É possível também cortar as partes de movimento para fazer relógio. Pode ser possível também usar as mesmas para criar portas injetoras automóveis ou para microusinar dispositivos médicos. O dispositivo de usinagem sugerido pelos inventores pode também ser usado para criar orifícios de conicidades ajustáveis, em particular, orifícios de conicidades nulas.

[058] De acordo com um segundo aspecto, os inventores sugerem um método para usinar um alvo e que compreende as etapas de: - fornecer um dispositivo de usinagem conforme descrito anteriormente; - ligar a dita fonte de luz para fornecer o dito feixe de luz de entrada; - mover o dito espelho com o uso dos ditos meios de acionamento de modo que sua normal represente uma trajetória em um espaço tridimensional (ou uma superfície que não é chata); - posicionar o dito alvo de modo que o dito feixe de luz de saída atinja o mesmo com o uso dos ditos meios de posicionamento.

[059] O método da invenção pode ser usado para produzir conicidades de orifício negativas em um alvo.

[060] As vantagens descritas para o dispositivo de usinagem de acordo com o primeiro aspecto da invenção também se aplicam ao método de acordo com o segundo aspecto, mutatis mutandis. As diferentes variações para o dispositivo de usinagem de acordo com o primeiro aspecto da invenção conforme descrito no texto anterior também se aplicam ao método de acordo com a invenção, mutatis mutandis.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[061] Esses aspectos assim como outros aspectos da invenção serão explicados na descrição detalhada das modalidades especificadas da invenção com referência aos desenhos nas Figuras, em que: - a Figura 1 mostra esquematicamente uma modalidade exemplificativa do dispositivo de usinagem de acordo com o primeiro aspecto da invenção; - a Figura 2 mostra uma modalidade exemplificativa do sistema óptico compreendido no dispositivo de usinagem da invenção; - a Figura 3 mostra outra modalidade exemplificativa do sistema óptico compreendido no dispositivo de usinagem da invenção; - a Figura 4 mostra outra modalidade exemplificativa do sistema óptico compreendido no dispositivo de usinagem da invenção; - a Figura 5 mostra uma modalidade preferencial do sistema óptico compreendido no dispositivo de usinagem da invenção; - a Figura 6 mostra outra modalidade preferencial do sistema óptico compreendido no dispositivo de usinagem da invenção; - a Figura 7 mostra outra modalidade preferencial do sistema óptico compreendido no dispositivo de usinagem da invenção; - a Figura 8 mostra outra modalidade preferencial do sistema óptico compreendido no dispositivo de usinagem da invenção; - as Figuras 9a e 9b mostram esquematicamente duas configurações possíveis de reflexão em que a polarização é mantida; - a Figura 10 mostra um possível exemplo do sistema de retrorreflexão; - a Figura 11 mostra esquematicamente um dispositivo de usinagem possível de acordo com o primeiro aspecto da invenção; - a Figura 12 mostra esquematicamente outro possível dispositivo de usinagem de acordo com o primeiro aspecto da invenção.

[062] Os desenhos nas Figuras não estão em escala. Em geral, elementos similares são projetados por sinais de referência similares nas Figuras. A presença de números de referência nos desenhos não deve ser considerada limitante, mesmo quando tais números também são incluídos nas reivindicações.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS POSSÍVEIS MODALIDADES DA INVENÇÃO

[063] A Figura 1 mostra esquematicamente uma modalidade exemplificativa do dispositivo de usinagem 100 de acordo com o primeiro aspecto da invenção. O dispositivo de usinagem 100 compreende uma fonte de luz 33, uma fonte de laser, por exemplo, para produzir um feixe de luz de entrada 1. O dispositivo de usinagem 100 compreende adicionalmente um sistema óptico 2 para obtenção do dito feixe de luz de entrada 1, um feixe de luz de saída 7 que é espacialmente desviado em relação ao feixe de luz de entrada 1. Conforme mostrado na Figura 1, o feixe de luz de saída 7 é focalizado em um alvo 10 por meios de focalização 9, uma lente convergente, por exemplo. Tais meios de focalização 9 são, então, parte do dispositivo de usinagem 100 e, preferencialmente, do seu sistema óptico 2. Na modalidade mostrada na Figura 1, o dispositivo de usinagem 100 também compreende meios de posicionamento 60 para mover o alvo 10. O último 10 é tipicamente colocado nos ditos meios de posicionamento 60 para obter um posicionamento desejado do alvo 10 em relação ao feixe de luz de saída 7. Preferencialmente, o sistema óptico 2 permite induzir um movimento giratório do feixe de luz de saída 7 antes (ou a montante) dos meios de focalização 9 (caso em que, o feixe de luz de saída 7 contudo permanece paralelo a uma determinada direção a montante dos meios de focalização 9). Depois, o dito feixe de luz de saída 7 pode descrever um movimento de precessão a jusante dos meios de focalização 9 ao redor de um ponto 11 (ou área pequena 11) do alvo 10 a ser usinado.

[064] Os meios de posicionamento 60 podem ser posicionadores de translação, por exemplo, sistemas de cinco eixos geométricos tais como máquinas do tipo CNC. Quando o espelho 19 é giratório, é possível permitir que o espelho 19 gire continuamente, independentemente da posição do alvo 10, ou por outro lado, tornar a posição angular do espelho 19 dependente da posição do alvo 10 a fim de processar o alvo 10 em um ângulo determinado pela sua posição.

[065] A Figura 2 mostra uma modalidade exemplificativa do sistema óptico 2 do dispositivo de usinagem 100 de acordo com a invenção. O feixe de luz de entrada 1 é um feixe de luz produzido pela fonte de luz 33 e que percorre principalmente o lado externo do sistema óptico 2, enquanto o primeiro feixe de luz incidente 4 percorre apenas o interior do sistema óptico 2. O primeiro feixe de luz incidente 4 pode ser obtido a partir de uma deflexão de feixe de luz de entrada 1 (consultar algumas modalidades possíveis tais como nas Figuras 3 e 5 a 7) ou não (exemplos mostrados nas Figuras 2 e 4). Na modalidade mostrada na Figura 2, primeiro feixe de luz incidente 4 e o feixe de luz de entrada 1 estão ao longo de uma mesma trajetória linear. O sistema óptico 2 compreende adicionalmente um espelho móvel 19 que permite obter um primeiro feixe de luz refletido 23 pela reflexão do primeiro feixe de luz incidente 4. O sistema óptico 2 também compreende um sistema de retrorreflexão 21 para direcionar o primeiro feixe de luz refletido 23 de modo que o mesmo volte para o espelho 19. Em outras palavras, um segundo feixe de luz incidente 8 para o espelho 19 pode ser obtido do primeiro feixe de luz refletido 23 devido ao sistema de retrorreflexão 21. A partir de uma reflexão do segundo feixe de luz incidente 8 no espelho 19, um feixe de luz de saída 7 pode ser obtido. O sistema óptico 2 é configurado de modo que o feixe de luz de saída 7 possa ser espacialmente desviado do feixe de luz de entrada 1 (e de modo que o dito feixe de luz de saída 7 permaneça paralelo a uma determinada direção a montante dos meios de focalização 9). No exemplo mostrado na Figura 2, os feixes de luz de entrada 1 e de saída 7 são desviados transversalmente. Na modalidade mostrada na Figura 2, o espelho 19 é completamente giratório ao redor de um eixo geométrico de rotação 5, e os meios de acionamento 6 têm capacidade para fazer com que o espelho 19 gire ao redor do dito eixo geométrico de rotação 5. O sistema óptico 2 do dispositivo de usinagem 100 é configurado de modo que o primeiro feixe de luz incidente 4 e a normal 16 ao espelho 19 sejam separados por um ângulo 15 compreendido entre 0° e 15° para todas as possíveis posições e orientações do espelho móvel 19°, preferencialmente entre 0,01° e 5° e, ainda mais preferencialmente, entre 0,1° e 3° (esse ângulo 15 não é mostrado em escala na Figura 2 por razões de clareza). O sistema óptico 2 é configurado de modo que uma mudança na posição entre o espelho 19 e o sistema de retrorreflexão 21 tenha capacidade para induzir uma variação do desvio espacial entre os feixes de luz de entrada 1 e de saída 7. Na modalidade mostrada na Figura 2, dependendo da posição angular do espelho 19, o feixe de luz de saída 7 seguirá uma trajetória diferente. O sistema óptico 2 compreende meios de focalização 9 para focalizar o feixe de luz de saída 7 em um alvo 10. Na modalidade da Figura 2, o movimento giratório do feixe de saída 7, devido à rotação do espelho 19, pode servir para acionar a precessão do feixe de luz de usinagem (feixe de luz de saída 7 a jusante de focalizações óptica 9) ao redor de um ponto 11 que deve ser usinado. Isso é ilustrado por setas que descrevem os círculos na Figura 2.

[066] Adicionalmente à rotação movimento do espelho 19, os meios de acionamento 6 do sistema óptico 2 poderiam também compreender meios para impor um movimento de translação ao espelho 19 e/ou aos meios para mudar a inclinação do espelho 19 (espelho 19 inclinável ao redor das duas ou mais direções não paralelas e meios de acionamento com capacidade para modificar a inclinação do espelho 19, tal como um sistema piezoelétrico). O interesse de combinar um movimento de translação e rotação para o espelho 19 é explicado em relação à Figura 6. Em particular, um movimento relativo de rotação entre o espelho 19 e o sistema de retrorreflexão 21 permite obter precessão do feixe de saída 7 além dos meios de focalização 9, enquanto um movimento relativo de translação entre os mesmos que modifica o ângulo pelo qual o alvo 10 é atingido pelo feixe de saída 7 além dos meios de focalização 9.

[067] Exemplos de meios de acionamento 6 são um motor elétrico e um motor sem escovas. Outros meios de acionamento 6 poderiam ser usados.

[068] O sistema de retrorreflexão 21 do sistema óptico 2 da Figura 2 compreende um prisma de Dove 29 e um prisma isósceles de ângulo reto 30. Outros exemplos são possíveis, conforme descrito abaixo.

[069] A Figura 3 mostra outra modalidade exemplificativa do sistema óptico 2 compreendido no dispositivo de usinagem 100. Aqui, o sistema de retrorreflexão 21 compreende um prisma de Dove 29, um prisma isóscele de ângulo reto 30, uma placa de atraso de meia onda 45, um prisma de topo 35 e um cubo divisor de feixe de polarização 50. Os meios de acionamento 6 permitem girar o espelho 19 em relação ao sistema de retrorreflexão 21. Os meios de acionamento 6 poderiam compreender meios adicionais para impor um movimento relativo de translação entre o espelho 19 e o sistema de retrorreflexão 21 e/ou para mudar a inclinação relativa entre o espelho 19 e o sistema de retrorreflexão 21. Na modalidade mostrada na Figura 3, o sistema óptico 2 compreende adicionalmente um primeiro sistema de orientação de feixe 20 para obter o primeiro feixe de luz incidente 4 para o espelho 19 de uma deflexão do feixe de luz de entrada 1. O primeiro sistema de orientação de feixe 20 pode ser, por exemplo, um cubo divisor de feixe de polarização. Outros elementos ópticos conhecidos pelo indivíduo versado na técnica poderiam ser usados. A modalidade mostrada na Figura 3 apresenta algumas vantagens tais como: espelho pequeno 19, apenas uma placa de atraso de meia onda necessária.

[070] A Figura 4 mostra outra modalidade exemplificativa do sistema óptico 2 compreendido no dispositivo de usinagem 100. Aqui, o sistema de retrorreflexão 21 compreende um prisma de Dove 29, um prisma isóscele de ângulo reto 30, uma placa de atraso de meia onda 45, um prisma de topo 35 e um cubo divisor de feixe de polarização 50. Os meios de acionamento 6 permitem girar o espelho 19 em relação ao sistema de retrorreflexão 21. Os meios de acionamento 6 poderiam compreender meios adicionais para impor um movimento relativo de translação entre o espelho 19 e o sistema de retrorreflexão 21 e/ou para mudar a inclinação relativa entre o espelho 19 e o sistema de retrorreflexão 21.

[071] De acordo com outras modalidades possíveis, o espelho 19 das Figuras 2 a 4 é fixo em rotação, mas inclinável ao redor das duas ou mais direções não paralelas e os meios de acionamento 6 têm capacidade para modificar a inclinação do espelho 19 ao redor das ditas duas ou mais direções.

[072] Nas diferentes modalidades mostradas nas Figuras 2 a 4, o ângulo 15 entre o primeiro feixe de luz incidente 4 e a normal 16 ao espelho 19 não é mostrado em escala por razões de clareza. Conforme mencionado anteriormente, esse ângulo é compreendido entre 0° e 15°, preferencialmente entre 0,01° e 5°, mais preferencialmente, entre 0,1° e 3° e, ainda mais preferencialmente igual a 0,5°, para todas as possíveis posições e orientações do espelho móvel 19.

[073] A Figura 5 mostra uma modalidade preferencial do sistema óptico 2 compreendido no dispositivo de usinagem 100. O mesmo compreende os elementos a seguir; - um primeiro sistema de orientação de feixe 20 com que um feixe de luz de entrada 1 pode ser defletido para obter um primeiro feixe de luz incidente 4; - um espelho móvel 19, inclinado para refletir o primeiro feixe de luz incidente 4 e obter um primeiro feixe de luz refletido 23. O espelho móvel 19 é inclinado de tal modo que a normal 16 do mesmo não seja paralela ao dito primeiro feixe de luz incidente 4 (por razões de clareza, a dita normal 16 não é mostrada na Figura 5). O espelho móvel 19 pode ser denominado sistema de excentricidade 3 devido ao fato de que o mesmo serve para criar um desvio lateral entre o feixe de luz de entrada 1 e um feixe de luz de saída 7. No exemplo preferencial mostrado na Figura 5, o espelho 19 é giratório. Portanto, o mesmo tem capacidade para girar completamente ao redor de um eixo geométrico de rotação 5. - Os meios de acionamento 6 para mover (girar no exemplo da Figura 5) o espelho móvel 19. - Sistema de retrorreflexão 21 para criar um segundo feixe de luz 8 incidente no espelho móvel 19 do primeiro feixe de luz refletido 23 e paralelo ao último independentemente da orientação do espelho móvel 19. - Um segundo sistema de orientação de feixe 22 para obter um feixe de luz de saída 7 pela deflexão de um feixe de luz obtido pela reflexão do segundo feixe de luz 8 incidente no espelho móvel 19. - Meios de focalização 9 para focalizar o feixe de luz de saída 7 para um ponto 11 de um alvo 10.

[074] O movimento giratório do espelho móvel inclinado 19 faz com que o feixe de luz de saída 7 descreva além dos meios de focalização 9 um movimento de precessão ao redor do ponto de focalização 11 do alvo 10. O ponto de focalização 11 é, por exemplo, um ponto de usinagem 11. Em vez de usar um espelho 19 que pode girar completamente ao redor de um eixo geométrico de rotação 5, poderia ser possível usar um espelho 19 que é inclinável ao redor das pelo menos duas direções que não são paralelas, e meios de acionamento 6 com capacidade para modificar a inclinação do dito espelho 19 ao redor das ditas direções não paralelas.

[075] O sistema óptico 2 mostrado na Figura 5 pode funcionar conforme a seguir. Um feixe de luz de entrada 1 entra no sistema óptico 2. O feixe de luz de entrada 1 é direcionado ao espelho móvel inclinado 19 pelo primeiro sistema de orientação de feixe 20 e forma o primeiro feixe de luz incidente 4. O primeiro feixe de luz incidente 4 é refletido pelo espelho móvel inclinado 19. O primeiro feixe de luz refletido 23 obtido pela reflexão do feixe de luz de entrada 1 no espelho 19 percorre em direção ao sistema de retrorreflexão 21. O primeiro feixe de luz refletido 23 é retrorrefletido para obter um segundo feixe de luz incidente 8 no espelho 19 paralelo ao dito primeiro feixe de luz refletido 23 para todas as posições e orientações do espelho 19. Esse segundo feixe de luz incidente 8 é refletido pelo espelho 19 e o feixe de luz refletido desse modo é defletido pelo segundo sistema de orientação de feixe 22 para obter o feixe de luz de saída 7. O feixe de luz de saída 7 é direcionado para a saída e é desviado lateralmente em relação a um feixe de luz de entrada 1. Os meios de focalização 9 permitem focalizar o feixe de luz de saída 7 para um ponto 11.

[076] O desvio entre feixe de luz de saída 7 e feixe de luz de entrada 1 antes dos meios de focalização 9 é uma função particular da distância percorrida pelo feixe de luz entre suas duas reflexões no espelho inclinado 19 e do ângulo entre a normal 16 ao espelho inclinado 19 e ao eixo geométrico de rotação 5.

[077] Quando o espelho inclinado 19 é girado, o feixe de luz de saída 7 também começa a girar devido ao fato de que a normal 16 ao espelho inclinado 19 descreve um movimento de precessão. Em particular, se o espelho 19 está girando continuamente, o feixe de luz de saída 7 também gira continuamente ao redor do eixo geométrico representado como uma linha de ponto e traço na Figura 5 na mesma velocidade de rotação que o espelho 19.

[078] Conforme é mostrado na Figura 5, o feixe de luz de saída 7 é focalizado em um alvo 10 por uma focalização óptica 9. O movimento giratório de feixe de luz de saída 7 serve para acionar a precessão do feixe de luz de usinagem (feixe a jusante das focalizações óptica 9) ao redor do ponto 11 que deve ser usinado.

[079] A modalidade preferencial da Figura 5 apresenta algumas vantagens. O primeiro 4 e o segundo 8 feixes de luz incidentes atingem o espelho 19 com um ângulo que pode ser escolhido muito perto de 90°, isto é, muito perto da normal 16 ao espelho 19 (devido às deflexões de cerca de 90° realizadas pelo primeiro 20 e pelo segundo 22 sistemas de orientação de feixe e a posição relativa do espelho 19 em relação ao primeiro 20 e ao segundo 22 sistemas de orientação de feixe). Isso permite ter um anel de precessão descrito pelo feixe de luz de saída 7 além dos meios de focalização 9 que é quase um círculo perfeito. O primeiro 4 e o segundo 8 feixes de luz incidentes atingem no espelho 19 com os mesmos ângulos incidentes (como o segundo feixe de luz incidente 8 é paralelo ao primeiro feixe de luz refletido 23 independentemente da posição do espelho 19). Isso permite aprimorar a qualidade da usinagem.

[080] O desvio lateral entre o feixe de luz de saída 7 e o feixe de luz de entrada 1 pode ser ajustado pela variação da distância percorrida pelo feixe de luz entre o primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe, isto significa dizer com o ajuste dos comprimentos dos trajetos do primeiro feixe de luz incidente 4, do primeiro feixe de luz refletido 23, do segundo feixe de luz incidente 8 e do feixe de luz obtido pela reflexão do dito segundo feixe de luz incidente 8 no espelho 19.

[081] A distância percorrida pelo feixe de luz entre o primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe pode ser variada ao fazer com que o espelho 19 realize um movimento de translação 24 de modo que sua posição em relação ao primeiro sistema de orientação de feixe 20 e ao segundo sistema de orientação de feixe 22 seja alterada.

[082] Esse princípio é ilustrado na Figura 6 para uma modalidade preferencial em que o espelho 19 também é giratório. O movimento de translação 24 mostrado na Figura 6 é ao longo de apenas uma direção. Contudo, é possível fornecer meios de acionamento 6 de modo que os mesmos tenham capacidade para fazer com que o espelho móvel 19 realize um movimento de translação em duas ou três dimensões. De acordo com outra modalidade possível, o espelho 19 é giratório, e o sistema de retrorreflexão 21 é passível de translação. Depois, os meios de acionamento 6 têm preferencialmente capacidade para girar o espelho 19 e para transladar o sistema de retrorreflexão 21.

[083] Com referência à Figura 6, a distância percorrida pelo feixe de luz entre o primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe aumenta se o espelho 19 se move para mais longe do primeiro sistema de orientação de feixe 20 e segundo sistema de orientação de feixe 22, e isso, por sua vez, aumenta o desvio lateral entre o feixe de luz de saída 7 e o feixe de luz de entrada 1 antes de atingir os meios de focalização 9. Em contrapartida, a distância percorrida pelo feixe de luz entre o primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe diminui se o espelho 19 se move em direção ao primeiro sistema de orientação de feixe 20 e ao segundo sistema de orientação de feixe 22, e isso reduz o desvio lateral entre o feixe de luz de saída 7 e o feixe de luz de entrada 1 antes de atingir os meios de focalização 9.

[084] Se uma focalização óptica 9 é implantada a jusante do sistema óptico 2, é, então, possível direcionar o feixe de luz de saída 7 em um ponto 11 de um alvo 10 de acordo com diferentes ângulos de incidência com a variação da distância entre o espelho 19 e o primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe.

[085] O primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe podem compreender vários elementos, tais como (lista não completa): um cubo divisor de feixe comum, um cubo divisor de feixe de polarização ou uma combinação de um cubo divisor de feixe de polarização e uma placa de atraso de quarto de onda. Se uma placa de atraso de quarto de onda é usada, seu eixo geométrico rápido será preferencialmente inclinado a 45° para a direção da polarização refletida pelo cubo divisor de feixe de polarização.

[086] A Figura 7 mostra uma modalidade preferencial em que o primeiro sistema de orientação de feixe 20 (ou segundo sistema de orientação de feixe 22) compreende um primeiro cubo divisor de feixe de polarização 25 (ou um segundo cubo divisor de feixe de polarização 26) e uma placa de atraso de primeiro quarto de onda 27 (ou uma placa de atraso de segundo quarto de onda 28). Esses elementos são conhecidos por um indivíduo versado na técnica. As especificações do primeiro cubo divisor de feixe de polarização 25 e do segundo cubo divisor de feixe de polarização 26 são preferencialmente idênticas. As especificações da placa de atraso de primeiro quarto de onda 27 e placa de atraso de segundo quarto de onda 28 são preferencialmente idênticas.

[087] Se o feixe de luz de entrada 1 é linearmente polarizado na direção da polarização refletida pelo primeiro cubo divisor de feixe de polarização 25, o mesmo é refletido sem perdas. O feixe de luz, então, atravessa a placa de atraso de primeiro quarto de onda 27. Portanto, a polarização do primeiro feixe de luz incidente 4 na saída do primeiro sistema de orientação de feixe 20 é circular. O primeiro feixe de luz refletido 23, obtido pela reflexão do primeiro feixe de luz 4 incidente no espelho 19, atravessa a placa de atraso de primeiro quarto de onda 27. Sua polarização circular se torna linear mesmo enquanto o mesmo é girado 90° em relação à polarização de feixe de luz de entrada 1. O primeiro feixe de luz refletido 23 percorre o primeiro cubo divisor de feixe de polarização 25 sem perda e alcança o sistema de retrorreflexão 21, o que serve para produzir o segundo feixe de luz incidente 8 no espelho 19. Então, o segundo feixe de luz incidente 8 atravessa o segundo cubo divisor de feixe de polarização 26 sem perdas, depois atravessa a placa de atraso de segundo quarto de onda 28. Sua polarização se torna circular. O feixe de luz refletido pelo espelho 19 e obtido do segundo feixe de luz incidente 8 também atravessa a placa de atraso de segundo quarto de onda 28. Sua polarização circular é linearizada mesmo durante seu giro de 90° em relação à polarização do segundo feixe de luz incidente 8. Finalmente, a polarização do feixe de luz de saída 7 obtido por deflexão sem perdas (ou reflexão sem perdas) do dito feixe de luz refletido pelo segundo cubo divisor de feixe de polarização 26 fica paralela àquela do feixe de luz de entrada 1.

[088] Se, conforme mostrado na Figura 7, o primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe cada um compreende um cubo divisor de feixe de polarização (25, 26) e uma placa de atraso de quarto de onda (27, 28), é possível obter um feixe de luz de saída 7 que é desviado em relação a um feixe de luz de entrada 1 sem perda. Isso também é possível devido ao uso de um sistema de retrorreflexão 21 com capacidade para manter a polarização. Exemplos dos sistemas de retrorreflexão 21 com capacidade para manter a polarização são: uma combinação de um prisma de Dove e um ou dois primas de topo; uma combinação de um prisma de Dove e dois espelhos; cinco espelhos.

[089] Nas modalidades mostradas nas Figuras 2 a 7, a luz é refletida em uma superfície de reflexão do espelho 19. Além disso, o sistema óptico 2 do dispositivo de usinagem 100 da invenção é configurado de modo que o primeiro feixe de luz incidente 4 e a normal 16 ao espelho 19 são separados por um ângulo 15 compreendido entre 0° e 15° para todas as possíveis posições e orientações do espelho móvel 19°, preferencialmente, entre 0,01° e 5° e, ainda mais preferencialmente, entre 0,1° e 3°.

[090] A Figura 8 mostra outra modalidade possível em que o espelho móvel 19 compreende duas superfícies de reflexão. Uma primeira superfície de reflexão permite obter um primeiro feixe de luz de reflexão 23 de um primeiro feixe de luz incidente 4 proveniente de um feixe de luz de entrada 1. Uma segunda superfície de reflexão permite obter uma reflexão de um segundo feixe de luz incidente 8. Devido ao uso de um sistema de retrorreflexão, e primeiro 20 e segundo 22 sistemas de orientação de feixe adaptados, o segundo feixe de luz incidente 8 é paralelo ao primeiro refletir feixe de luz 23 independentemente da posição e orientação do espelho 19. O primeiro feixe de luz incidente 4 e a normal 16 ao espelho 19 (não mostrado por clareza) são separados por um ângulo 15 (não mostrado for clareza) compreendido entre 0° e 15°, preferencialmente, entre 0,01° e 5° e, ainda mais preferencialmente, entre 0,1° e 3°. No exemplo mostrado na Figura 8, o primeiro sistema de orientação de feixe 20 (respectivamente o segundo sistema de orientação de feixe 22) compreende um primeiro (respectivamente segundo) cubo divisor de feixe de polarização 25 (respectivamente 26) e uma primeira (respectivamente segunda) placa de atraso de quarto de onda 27 (respectivamente 28). Esses elementos são conhecidos por um indivíduo versado na técnica. As especificações do primeiro cubo divisor de feixe de polarização 25 e do segundo cubo divisor de feixe de polarização 26 são preferencialmente idênticas. As especificações da placa de atraso de primeiro quarto de onda 27 e placa de atraso de segundo quarto de onda 28 são preferencialmente idênticas. O feixe de luz de entrada 1 é preferencialmente polarizada na direção de polarização que permite o dito feixe de luz atravessar o primeiro cubo divisor de feixe de polarização 25. O feixe de luz de entrada 1 depois atravessa a placa de atraso de primeiro quarto de onda 27 e o primeiro feixe de luz refletido 23, obtido pela reflexão do primeiro feixe de luz 4 incidente no espelho 19, atravessa a placa de atraso de primeiro quarto de onda 27. A polarização do primeiro feixe de luz refletido 23 girou 90° em relação à polarização do feixe de luz de entrada 1 e o primeiro feixe de luz refletido 23 é refletido pelo primeiro cubo divisor de feixe de polarização 25 sem perda e alcança o sistema de retrorreflexão 21 que serve para produzir o segundo feixe de luz incidente 8. O segundo feixe de luz incidente 8 é, então, refletido sem perdas pelo segundo cubo divisor de feixe de polarização 26, depois atravessa a placa de atraso do segundo quarto de onda 28. O feixe de luz de saída 7 é obtido depois da reflexão do segundo feixe de luz incidente 8 no espelho 19. Depois de o feixe de luz de saída 7 atravessar a placa de atraso de segundo quarto de onda 28 e o segundo cubo divisor de feixe de polarização 26 sem deflexão. O feixe de luz de saída 7 é paralelo ao feixe de luz de entrada 1 para todas as posições e orientações do espelho 19.

[091] Se, conforme mostrado na Figura 8, o primeiro 20 e o segundo 22 sistemas de orientação de feixe cada um compreende um cubo divisor de feixe de polarização (25, 26) e uma placa de atraso de quarto de onda (27, 28), é possível obter um feixe de luz de saída 7 que é desviado em relação a um feixe de luz de entrada 1 sem perda. No exemplo mostrado na Figura 8, o espelho 19 é completamente giratório ao redor de um eixo geométrico de rotação que não é paralelo a sua normal 16. Também é possível usar para a modalidade mostrada na Figura 8, um espelho 19 que é inclinável ao redor das pelo menos duas direções que são não paralelas, e os meios de acionamento 6 têm capacidade de mudar uma inclinação do espelho 19 ao redor dessas pelo menos duas direções. Depois, o ângulo máximo entre o primeiro feixe de luz incidente 4 e a normal 16 ao espelho 19 é compreendido entre 0° e 15°, preferencialmente, entre 0,01° e 5° e, ainda mais preferencialmente, entre 0,1° e 3°. De acordo com ainda outro possível exemplo da modalidade mostrada na Figura 8, o espelho 19 é completamente giratório ao redor do um eixo geométrico de rotação 5 e inclinável, e os meios de acionamento 6 têm capacidade para girar o espelho 19 ao redor do dito eixo geométrico de rotação 5 e mudar sua inclinação ao redor das uma, duas ou mais direções.

[092] As modalidades preferenciais das Figuras 6 a 8 apresentam vantagens similares àquelas apresentadas para a modalidade preferencial da Figura 5. O primeiro 4 e o segundo 8 feixes de luz incidentes atingem o espelho 19 com um ângulo que pode ser escolhido muito próximo a 90° (devido às deflexões de cerca de 90° realizadas pelo primeiro 20 e segundo 22 sistemas de orientação de feixe, e a posição relativa do espelho 19 em relação ao dito primeiro 20 e segundo 22 sistemas de orientação de feixe). Isso permite ter um anel de precessão descrito pelo feixe de luz de saída 7 além dos meios de focalização 9 que é quase um círculo perfeito. O primeiro 4 e o segundo 8 feixes de luz incidentes atingem o espelho 19 com os mesmos ângulos incidentes. Isso permite aprimorar a qualidade de usinagem.

[093] Nas diferentes modalidades mostradas nas Figuras 2 a 8, poderia ser usado um espelho 19 que é inclinável ao redor das duas ou mais direções, em vez de um espelho 19 com capacidade para representar revoluções completas ao redor de um eixo geométrico de rotação. Depois, os meios de acionamento 6 têm capacidade para mudar uma inclinação do espelho 19 ao redor dessas duas ou mais direções.

[094] Preferencialmente, o sistema de retrorreflexão 21 tem capacidade para manter a polarização de um feixe de luz e, em particular, do primeiro feixe de luz refletido 23. As Figuras 9a e 9b mostram duas possíveis configurações em que a polarização linear 75 de um feixe de luz é mantida quando o dito feixe de luz é refletido em uma superfície de reflexão plana 70 definida por uma normal 71 (seta 76 indica a direção de propagação principal do feixe de luz). De acordo com uma primeira configuração possível (Figura 9(a)), a polarização linear 75 é paralela à superfície de reflexão plana 70. De acordo com uma segunda configuração possível (Figura 9(b)), a polarização linear 75 é compreendida em um plano perpendicular à superfície de reflexão plana 70. Em ambos os casos, a polarização é mantida. Essa propriedade pode ser usada para projetar um sistema de retrorreflexão 21 que conserva polarização. No sistema de retrorreflexão 21, diversas reflexões ocorrem. Para manter uma polarização linear, duas possíveis modalidades do sistema de retrorreflexão 21 são conforme a seguir: - têm um mesmo número de reflexões nas primeiras superfícies de reflexão chatas do sistema de retrorreflexão 21 com a polarização linear paralela às ditas primeiras superfícies de reflexão chatas, e um número ímpar de reflexões nas segundas superfícies de reflexão chatas com a polarização linear que pertence a um plano perpendicular às ditas segundas superfícies de reflexão chatas; - têm um número ímpar de reflexões nas primeiras superfícies de reflexão chatas do sistema de retrorreflexão 21 com a polarização linear paralela às ditas primeiras superfícies de reflexão chatas, e um mesmo número de reflexões nas segundas superfícies de reflexão chatas do sistema de retrorreflexão 21 com a polarização linear que pertence a um plano perpendicular às ditas segundas superfícies de reflexão chatas.

[095] O sistema de retrorreflexão 21 pode compreender vários elementos. Exemplos são (lista incompleta): um canto cúbico, uma combinação que compreende um prisma de Dove 29 e outro prisma 30, preferencialmente um prisma isóscele de ângulo reto. Essa última combinação é ilustrada na Figura 10, em que a parte esquerda mostra uma vista a partir de cima enquanto a parte direita mostra uma vista lateral. Para a modalidade mostrada na Figura 10, em que o sistema de retrorreflexão 21 compreende um prisma de Dove 29 e um prisma isósceles de ângulo reto 30, uma polarização linear 75 do primeiro feixe de luz refletido 23 é mantida. A polarização linear 75 é paralela às duas superfícies de reflexão planas do prisma isósceles de ângulo reto 30 e compreendida em um plano perpendicular a uma superfície de reflexão plana 70 do prisma de Dove 29. O segundo feixe de luz incidente 8 e o primeiro feixe de luz refletido 23 são paralelos para todas as posições e orientações do espelho 19.

[096] A Figura 11 mostra esquematicamente uma modalidade preferencial do dispositivo de usinagem 100 da invenção. Conforme representado nessa Figura, o dispositivo 100 preferencialmente compreende um sistema óptico principal 31 para variar a colimação do feixe de luz de entrada 1. Adicionando- se esse sistema óptico principal 31 em frente ao sistema óptico 2 que pode fazer com que o espelho 19 gire continuamente, um usuário tem capacidade para criar um orifício cujo diâmetro é determinado por desfocalização programada. O usuário terá também capacidade para criar um anel ao redor de um ponto de focalização natural. As profundidades maiores podem ser também obtidas pela translação de um elemento (uma lente, por exemplo) do sistema óptico principal 31 ao mesmo tempo que o feixe de luz cria o orifício. Esse recurso pode permitir a invenção a ser usada para criar orifícios (perfuração) sem adicionar um sistema de deflexão (digitalizador) e ao mesmo tempo que controla o diâmetro do orifício pela divergência aplicada ao feixe de luz de entrada 1 pelo sistema óptico principal 31.

[097] A Figura 12 mostra outra modalidade preferencial do dispositivo de usinagem 100. Conforme é mostrado, essa modalidade preferencial inclui adicionalmente um sistema de deflexão 32 (uma cabeça digitalizadora galvanométrica, por exemplo) para deslocar o feixe de luz de saída 7 direcionado ao alvo 10 pelo campo de focalização. Essa configuração é particularmente adequada para fabricar partes com geometrias complexas tais como os componentes de movimento na fabricação de relógio ou implantes na indústria de dispositivo médico. Depois, o dispositivo de usinagem 100 preferencialmente compreende uma lente telecêntrica 9. Esse termo é conhecido pelo indivíduo versado na técnica.

[098] Diferentes tipos de fonte de luz 33 podem ser usados nos vários exemplos descritos no texto anterior. Como exemplos não limitantes, o seguinte pode ser citado: - um laser de CO2 para aplicações de corte e perfuração em metais com espessura substancial; - um diodo de laser ou um laser de fibra (multimodo ou monomodo) em modo contínuo, milissegundo ou nanossegundo dependendo das precisões exigidas e zonas de calor envolvidas; - um laser ultracurto (picossegundo ou femtossegundo) para microcorte ou microperfuração de alta precisão; - um laser de femtossegundo com uma duração de pulso entre 300 fs e 10 ps, com um comprimento focal menor que 150 mm (e, preferencialmente, 100 mm) - um laser UV (ns, ps ou fs); - um laser visível (ns, ps ou fs).

[099] De acordo com outro aspecto, os inventores sugerem um método para usinar um alvo 10 com um feixe de luz com o uso do dispositivo de usinagem 100 descrito anteriormente.

[0100] A presente invenção foi descrita com referência a modalidades específicas, cujo propósito é puramente ilustrativo e as mesmas não devem ser consideradas limitantes de modo algum. Em geral, a presente invenção não é limitada aos exemplos ilustrados e/ou descritos no texto anterior. O uso dos verbos “compreender”, “incluir”, “consistir em” ou qualquer outra variação dos mesmos, o que inclui as formas conjugadas dos mesmos, não devem ser interpretadas de modo algum como excludentes da presença de elementos que não sejam aqueles declarados. O uso do artigo indefinido, “um” ou “uma”, ou o artigo definido “o/a” para introduzir um elemento não impede a presença de uma pluralidade de tais elementos. Os números de referência citados nas reivindicações não são limitantes do escopo das mesmas.

[0101] Em resumo, a invenção pode ser descrita também conforme a seguir. O dispositivo de usinagem 1 para usinar um alvo 10 com um feixe de luz, sendo que o dispositivo compreende: - uma fonte de luz 33 para produzir um feixe de luz denominado feixe de luz de entrada 1, - um sistema óptico 2 para fornecer a partir do dito feixe de luz de entrada 1 um feixe de luz de saída 7 que tem capacidade para representar em um espaço tridimensional uma superfície que é substancialmente cilíndrica (e de modo que o dito feixe de luz de saída 7 permaneça paralelo a uma determinada direção a montante de meios de focalização 9), sendo que o dito sistema óptico 2 compreende: - um espelho 19 que tem uma superfície de reflexão substancialmente plana definida por uma normal 16 para obter um primeiro feixe de luz refletido 23 de um primeiro feixe de luz incidente 4 proveniente do dito feixe de luz de entrada 1, móvel de tal modo que sua normal 16 tenha capacidade para representar uma trajetória em um espaço tridimensional; o dito sistema óptico 2 é configurado de modo que o dito primeiro feixe de luz incidente 4 e a dita normal 16 ao espelho móvel 19 são separados por um ângulo 15 compreendido entre 0° e 15° para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel 19; - meios de acionamento 6 para mover o dito espelho móvel 19; - um sistema de retrorreflexão 21: o posicionado em relação ao dito espelho móvel 19 para obtenção a partir do dito primeiro feixe de luz refletido 23 de um segundo feixe de luz incidente 8 no dito espelho 19 para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel 19 para obter um feixe de luz de saída (7) de uma reflexão do dito segundo feixe de luz incidente (8) no dito espelho 19, e - com capacidade para fornecer o dito segundo feixe de luz incidente 8 no dito espelho móvel 19 que é paralelo ao dito primeiro feixe de luz refletido 23 para todas as possíveis posições e orientações do dito espelho móvel 19; - meios de focalização 9 para focalizar o feixe de luz de saída 7 em um alvo 10.

[0102] O sistema óptico 2 permite controlar o desvio espacial entre os feixes de luz de entrada 1 e de saída 7. Com a variação da posição e/ou orientação do espelho 19, é possível impor o feixe de luz de saída 7 para representar uma superfície que é substancialmente cilíndrica. Depois disso, com o uso de meios de focalização apropriados 9, é possível usinar um alvo 10 em uma superfície pequenas com o feixe de luz de saída 7 que descreve um movimento de precessão.

[0103] Preferencialmente, o sistema óptico 2 compreendido no dispositivo de usinagem 100 compreende: um primeiro sistema de orientação de feixe 20 para defletir o feixe de luz de entrada 1, preferencialmente, por 90° e, portanto, permitir a criação de um primeiro feixe de luz incidente 4; um espelho móvel 19 posicionado de modo que o mesmo tenha capacidade para receber o dito primeiro feixe de luz incidente 4 e gerar um primeiro feixe de luz refletido correspondente 23; meios de acionamento 6 para variar a posição do dito espelho 19 em relação ao dito primeiro sistema de orientação de feixe 20; sistema de retrorreflexão 21 para redirecionar o primeiro feixe de luz refletido 23 a fim de obter um segundo feixe de luz incidente 8 no dito espelho 19, dito segundo feixe de luz incidente 8 que é antiparalelo ao dito primeiro feixe de luz refletido 23 para todas as posições e orientações do espelho 19; um segundo sistema de orientação de feixe 22 para defletir um feixe de luz refletida no dito espelho 19 (preferencialmente por 90°) e obtido a partir do dito segundo feixe de luz incidente 8.

[0104] Portanto, seguindo a direção do feixe de luz de entrada 1, os vários elementos do sistema óptico 2 recebem a luz na seguinte ordem: primeiro sistema de orientação de feixe 20, espelho 19, primeiro sistema de orientação de feixe 20 novamente (mas, preferencialmente, sem deflexão), sistema de retrorreflexão 21, segundo sistema de orientação de feixe 22 (preferencialmente sem deflexão), espelho 19 novamente e finalmente o segundo sistema de orientação de feixe 22 novamente (mas, nesse momento, preferencialmente, com deflexão). Assim, o sistema óptico 2 compreendido no dispositivo de usinagem 100 permite que o feixe de luz de saída 7 seja desviado em relação a sua posição nominal de modo muito simples, o que permite um ângulo de ataque que não é zero ser criado com o alvo 10 (enquanto o feixe de luz de saída 7 permanece paralelo a uma determinada posição a montante dos meios de focalização 9). A amplitude do ângulo de ataque de feixe de luz de saída 7 com alvo 10 pode ser definida como uma função da inclinação do espelho 19 e/ou de seu movimento de translação. A posição angular do espelho inclinado 19 (quando o espelho 19 é giratório) permite que o ângulo de ataque α seja alinhado no plano focal.

Claims

1. Dispositivo de usinagem (100) caracterizado por compreender: uma fonte de luz (33); um sistema óptico (2) para obtenção, a partir de um feixe de luz de entrada (1), de um feixe de luz de saída (7) que é espacialmente desviado em relação ao dito feixe de luz de entrada (1), sendo que o dito sistema óptico (2) compreende: o um espelho (19): que tem uma superfície de reflexão substancialmente plana definida por uma normal (16) para obtenção de um primeiro feixe de luz refletido (23) a partir de um primeiro feixe de luz incidente (4) proveniente do dito feixe de luz de entrada (1),móvel de tal modo que sua normal (16) tenha a capacidade de representar uma trajetória em um espaço tridimensional; em que o dito sistema óptico (2) é configurado de tal modo que o dito primeiro feixe de luz incidente (4) e a dita normal (16) ao espelho móvel (19) sejam separados por um ângulo (15) compreendido entre 0° e 15° para todas as posições e orientações possíveis do dito espelho móvel (19); o meios de acionamento (6) para mover o dito espelho móvel (19); o um sistema de retrorreflexão (21): posicionado em relação ao dito espelho móvel (19) para obtenção, a partir do primeiro feixe de luz refletido (23), de um segundo feixe de luz incidente (8) no dito espelho (19) para todas as posições e orientações possíveis do dito espelho móvel (19), para obtenção de um feixe de luz de saída (7) a partir de uma reflexão do dito segundo feixe de luz incidente (8) no dito espelho (19), e que tem a capacidade de fornecer o dito segundo feixe de luz incidente (8) no dito espelho móvel (19) que é paralelo ao dito primeiro feixe de luz refletido (23) para todas as posições e orientações possíveis do dito espelho móvel (19); meios de focalização (9) para focalização do dito feixe de luz de saída (7) em um alvo (10).

2. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito sistema óptico (2) ser configurado de tal modo que o dito feixe de luz incidente (4) e a dita normal (16) ao espelho móvel (19) sejam separados por um ângulo (15) compreendido entre 0,01° e 5° para todas as posições e orientações possíveis do dito espelho móvel (19), preferencialmente, por um ângulo (15) compreendido entre 0,1° e 3° e, mais preferencialmente, por um ângulo de 0,5°.

3. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, sendo que o mesmo é caracterizado por compreender, adicionalmente, um sistema de deflexão (32) para deslocar o dito feixe de luz de saída (7).

4. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o dito espelho móvel (19) ter a capacidade de representar uma rotação de 360° em torno de um eixo geométrico de rotação (5) que é secante à sua normal (16), e em que os ditos meios de acionamento (6) têm a capacidade de fazer com que o dito espelho (19) gire em torno do dito eixo geométrico de rotação (5).

5. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o dito espelho móvel (19) ser inclinável em torno de duas ou mais direções, e em que os ditos meios de acionamento (6) têm a capacidade de mudar uma inclinação do dito espelho (19) em torno dessas duas ou mais direções.

6. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o dito espelho (19) ser transladável, e em que os ditos meios de acionamento (6) têm a capacidade de fazer com que o dito espelho (19) desempenhe um movimento de translação (24).

7. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o dito sistema de retrorreflexão (21) ser transladável, e em que meios de acionamento têm a capacidade de fazer com que o dito sistema de retrorreflexão (21) desempenhe um movimento de translação.

8. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o dito sistema óptico (2) ser configurado de tal modo que o primeiro (4) e o segundo (8) feixes de luz incidente tenham a capacidade de atingir a mesma superfície de reflexão plana do dito espelho (19).

9. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por: - o dito espelho (19) ter duas superfícies de reflexão substancialmente planas: o cada uma dentre as mesmas é definida por uma normal, o uma dentre as mesmas é para obtenção do dito primeiro feixe de luz refletido (23) a partir do dito primeiro feixe de luz incidente (4) proveniente do dito feixe de luz de entrada (1), o uma outra é para refletir o dito segundo feixe de luz incidente (8) para fornecer o dito feixe de luz de saída (7).

10. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por o dito sistema de retrorreflexão (21) ter a capacidade de manter a polarização de um feixe de luz.

11. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por o dito sistema de retrorreflexão (21) compreender um prisma de Dove (29) e um prisma isósceles de ângulo reto (30).

12. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por o dito sistema de retrorreflexão (21) compreender cinco espelhos.

13. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por o dito sistema de retrorreflexão (21) compreender um canto cúbico.

14. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por o dito sistema óptico (2) compreender, adicionalmente, um primeiro sistema de orientação de feixe (20) para obtenção do dito primeiro feixe de luz incidente (4) por uma deflexão do feixe de luz de entrada (1), e em que o dito espelho móvel (19) é posicionado entre os ditos meios de acionamento (6) e o dito primeiro sistema de orientação de feixe (20).

15. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por o dito sistema óptico (2) compreender, adicionalmente, um segundo sistema de orientação de feixe (22) para obtenção do dito feixe de luz de saída (7) por uma deflexão de uma reflexão do dito segundo feixe de luz incidente (8) no dito espelho (19), e em que o dito espelho móvel (19) é posicionado entre os ditos meios de acionamento (6) e o dito segundo sistema de orientação de feixe (22).

16. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado por o dito sistema óptico (2) compreender, adicionalmente, uma placa de meia onda giratória, para modificar uma polarização do feixe de luz de entrada (1), e meios para girar a dita placa de meia onda.

17. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado por compreender, adicionalmente, um sistema óptico primário (31) para modificar uma colimação do feixe de luz de entrada (1).

18. Dispositivo de usinagem (100), de acordo com a reivindicação 1, sendo que o mesmo é caracterizado por compreender meios de posicionamento (60) para mover o dito alvo (10) e/ou um sistema de deflexão (32) para deslocar o dito feixe de luz de saída (7), em que o espelho (19) é móvel, e em que uma posição do espelho (19) é prestada dependendo do movimento imposto pelo dito sistema de deflexão (32) e/ou da posição do alvo (10).

19. Método para usinagem de um alvo (10) caracterizado por compreender as etapas de: - fornecer um dispositivo de usinagem (100), conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores 1 a 18; - ligar a dita fonte de luz (33) para fornecer o dito feixe de luz de entrada (1); - mover o dito espelho (19) com o uso dos ditos meios de acionamento (6) de tal modo que sua normal represente uma trajetória em um espaço tridimensional; - posicionar o dito alvo (10) de tal modo que o dito feixe de luz de saída (7) atinja o mesmo.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por obter conicidades de orifício ajustáveis no dito alvo (10).