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REVENDICATIONS
1. Dispositif de traitement par irradiation laser de la surface libre du matériau constitutif d'un objet (1), caractérisé en ce qu'il comprend: une pluralité de moyens d'émission (2) d'un rayonnement laser
de puissance, chacun des moyens délivrant, en fonctionnement,
un faisceau laser (3), les faisceaux laser (3) étant sensiblement pa
rallèles et dirigés vers la surface libre de l'objet, des moyens (4) de commande et de modulation de la puissance
du rayonnement du faisceau laser de chacun desdits moyens
d'émission, en fonction des paramètres d'absorption de la zone
d'impact de chacun des faisceaux lasers à l'adresse de cette zone
d'impact sur la surface considérée et de l'épaisseur du matériau à
traiter.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'émission (2) du rayonnement laser de puissance forment un réseau, les moyens d'émission étant disposés perpendiculairement à un plan, selon un arrangement constitué de m +1 lignes et n +1 colonnes, représentatif de la surface libre du matériau constitutif de l'objet, m et n étant des nombres entiers positifs ou nuls.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réseau est constitué par un arrangement de m+ 1 lignes et n+ 1 colonnes des moyens d'émission (2), chaque moyen d'émission étant placé au sommet d'un losange élémentaire dont le côté, de longueur a, constitue le pas du réseau, et d'angle aigu a 60".
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chacun des moyens d'émission laser (2) délivre un faisceau laser (3) de section circulaire, le rayon des sections de chaque faisceau laser au niveau de la surface libre éclairée étant égal à R = 0,9a, la distribution d'intensité de chaque faisceau laser suivant la distance de l'axe de symétrie longitudinale du faisceau étant sensiblement répartie selon une courbe de Gauss.
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisée en ce que, dans le cas du traitement de la surface libre d'une bande animée, par rapport au réseau, d'un mouvement relatif de translation, ledit réseau est constitué par au moins un alignement selon une première direction (d 1) d'une pluralité de N moyens de rayonnement laser, la première direction faisant, avec une deuxième direction (d 2) perpendiculaire à la direction de mouvement relatif de la bande et du
réseau, un angle a tel que
3
cosa = dans lequel s représente l'espacement selon la première direction de deux moyens de rayonnement laser consécutifs (2 i, j; 2 i +1 j) et où
6 représente le décalage de ces memes moyens d'émission consécutifs selon la deuxième direction.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le décalage 6 de deux moyens de rayonnement laser consécutifs selon la deuxième direction est égal à 6= 1,1 R où R représente le rayon de la section de chaque faisceau laser dans le plan de la surface libre à éclairer.
7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le réseau est constitué par une pluralité d'alignements identiques (1 j, j +1, p) parallèles de moyens de rayonnement laser, deux alignements consécutifs (j, j + 1) étant décalés suivant la deuxième direction (d 2) d'une quantité N 6, où N représente le nombre de moyens d'émission de chaque alignement.
8. Dispositif selon l'une des revendications I à 7, caractérisé en ce que le réseau est mobile en translation suivant une direction pa allèle à la direction de propagation des faisceaux lasers.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque moyen d'émission (2 i, j) comporte un objectif (30) réglable en translation selon la direction de propagation des faits ceaux lasers incidents.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens d'émission laser comportent un objectif commun (300) constitué par une lentille à grande ouverture.
Il. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le réseau formé par les moyens d'émission laser est monté dans une enceinte de refroidissement (21).
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission laser sont constitués par un laser CO2 émettant à la longueur d'onde voisine de 10 llm.
13. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens d'émission laser sont constitués par un laser à gaz rare émettant un rayonnement de puissance dans le spectre visible ou dans l'ultraviolet.
14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande de la puissance de rayonnement du faisceau laser de chacun des moyens d'émission comportent: des moyens de mise en mémoire (5) des paramètres de modula
tion de chaque faisceau laser pour une zone élémentaire de trai
tement Si, j d'adresse i, j de la surface libre à traiter, - des circuits de calcul et de commande (6) du processus de traite
ment du motif à traiter, lesdits circuits délivrant à chaque moyen
d'émission de rayonnement laser un signal de commande du
courant de décharge des systèmes d'émission laser.
15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les circuits de calcul et de commande (6) du processus de traitement de la surface libre du matériau à traiter comportent: - des moyens (60, 61) de contrôle du mouvement du support de la
surface à traiter délivrant des signaux représentatifs de la vitesse
de défilement du support (10) et de sa position, - une horloge centrale (62) délivrant un signal base de temps, - un microprocesseur (63) recevant, d'une part, les informations
relatives au mouvement et à la position du support de la surface
à traiter et les informations relatives aux paramètres d'absorp
tion Ti, j et d'épaisseur de la surface élémentaire Si, j à traiter dé
livrées par les moyens de mise en mémoire, ledit microprocesseur
(63) délivrant, pour chaque moyen d'émission à l'adresse i, j,
un
signal de commande li, j de la puissance d'émission laser du
moyen d'émission correspondant, - un circuit de commande (64) du tube à décharge de chaque
moyen d'émission laser, le circuit de commande recevant le
signal de commande fi, j de la puissance d'émission.
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le circuit de commande (64) du tube à décharge des moyens d'émission laser comporte: - une mémoire auxiliaire (70) recevant du microprocesseur (63) des
informations représentatives de la puissance d'émission en un
point de coordonnées i, j du réseau, - un convertisseur numérique-analogique (71) recevant de la
mémoire auxiliaire les informations représentatives de la puis
sance d'émission et délivrant un signal analogique de valeur cor
respondante, - une matrice de décodage (72) recevant de la mémoire auxiliaire le
signal mis en mémoire, - une pluralité d'interrupteurs analogiques (72ij) recevant chacun
le signal analogique délivré par le convertisseur numérique
analogique (71),
chacun des interrupteurs étant commandé par la
matrice de décodage (72), - une pluralité de circuits de mise en mémoire (73ij) des signaux
analogiques délivrés par les interrupteurs, - un circuit de modulation (74ij) du courant du tube à décharge
des moyens d'émission laser.
L'invention est relative à un dispositif de traitement par irradiation laser de la surface libre du matériau constitutif d'un objet. Un tel dispositif est utilisable notamment pour des opérations de fixage.
On entend par fixage l'opération qui consiste à établir d'une manière
durable la surface libre du matériau constitutif de cet objet dans un état déterminé de finition ou d'aspect. Ainsi, le fixage peut donc consister en un séchage de couleurs disposées sur un support selon un motif à caractère ornemental ou distinctif ou en une polymérisation de domaines particuliers selon un arrangement prédéterminé à partir d'un masque correspondant.
Des dispositifs de ce type peuvent être conçus dans le but d'assurer notamment un séchage de couleurs de reproductions imprimées.
Dans ce cas, dans lequel le plus souvent les reproductions sont disposées sur une bande transporteuse en mouvement, de tels dispositifs peuvent comporter un système de balayage de la surface à traiter par déflexion d'un faisceau laser ou de lampes à rayonnement infrarouge. Le traitement des surfaces de tels objets nécessite un niveau de densité d'énergie important pour le rayonnement laser, de l'ordre de 5 kJ/m2, pour une vitesse de défilement de bande de l'ordre de 1,5 mis.
La déflexion d'un ou de plusieurs faisceaux lasers sur la surface à traiter nécessite alors la mise en oeuvre d'un dispositif d'émission laser coûteux du fait de l'exigence relative à la tenue en puissance des composants optiques, tenue de l'ordre de 4,5 kW pour une vitesse de bande de 1,5 m/s et un faisceau de diamètre 5 mm, ou, dans le cas de l'utilisation de plusieurs faisceaux de puissance moindre, la mise en oeuvre de dispositifs de déflexion plus complexes du fait de la nécessité d'incorporer en outre un système de synchronisation de chaque déflexion individuelle.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités et d'obtenir un éclairement sensiblement homogène de la surface à traiter.
Un objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif de fixage de la surface libre du matériau constitutif d'un objet dans lequel les éléments optiques ne sont pas soumis à de telles contraintes de tenue en puissance.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif permettant le traitement de fixage de la surface libre d'objets par modulation de la puissance d'émission du rayonnement à fréquence basse, inférieure ou égale à quelques centaines de hertz, conformément à un motif déterminé de cette surface libre.
Les différents objets de la présente invention sont obtenus par la mise en oeuvre des caractéristiques techniques de la revendication 1.
Des dispositifs selon l'invention tels que définis par la revendication 1 peuvent être utilisés pour le séchage de reproductions ou motifs imprimés ou peints tels que des billets de banque, ou des rouleaux de papier peint. Dans les deux cas précités, le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté à un tel genre d'utilisation du fait de la caractéristique de fidélité de la reproductibilité du traitement assurant un aspect ou état final sensiblement identique de la surface libre traitée pour un grand nombre ou une grande quantité d'objets identiques.
De tels dispositifs peuvent également être utilisés pour le traitement de surfaces libres de matériaux plastiques en vue de leur polymérisation par zones selon un motif déterminé tel que, par exemple, dans le cas de réticulation ou transformation d'un polymère linéaire en polymère tridimensionnel par création de liaisons transversales, notamment dans les techniques de masquage ou de fabrication de modèles holographiques pour mémoire optique. Des traitements thermiques dans les procédés de recuit par laser connus sous le nom de laser annealing peuvent aussi être effectués.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après dans lesquels les mêmes références représentent les mêmes éléments et où: la fig. 1 représente une vue globale du dispositif selon l'invention, la fig. 2 représente un détail de réalisation du dispositif selon l'in
vention, les fig. 3a à 3e représentent une variante de réalisation du dispo
sitif selon l'invention, - la fig. 4 représente un autre détail de réalisation du dispositif
selon l'invention, - la fig. 5 représente un schéma des liaisons fonctionnelles des dif
férents éléments de l'invention, - les fig. 6, 7 et 8 représentent un détail de réalisation des circuits
de commande assurant la liaison entre les différents éléments re
présentés fig. 5.
Selon la fig. 1, le dispositif de fixage par irradiation laser de la surface libre d'un objet 1 comprend une pluralité de moyens d'émission 2 d'un rayonnement laser de puissance. Chaque moyen d'émission 2 délivre en fonctionnement un faisceau laser 3. Les faisceaux lasers sont sensiblement parallèles et dirigés vers la surface libre de l'objet 1. Sur la fig. 1, les objets à traiter 1 ont été représentés, à titre d'exemple non limitatif, sur une bande transporteuse 10 soumise à un défilement à une vitesse donnée y afin d'exposer l'ensemble de la surface libre de l'objet I au traitement. Tout mode de réalisation dans lequel un objet à traiter est placé sur un support fixe ne sort pas du cadre de la présente invention.
Le dispositif comporte en outre des moyens 4 de commande et de modulation de la pusisance du rayonnement du faisceau laser 3 de chacun des moyens d'émission 2 en fonction des caractéristiques d'absorption de la zone d'impact de chacun des faisceaux lasers à l'adresse de cette zone d'impact sur la surface à traiter et de l'épaisseur ei, j du matériau à fixer. Selon l'application envisagée du présent dispositif, les caractéristiques d'absorption oi, j pour une zone élémentaire Si, j de la surface à traiter sont directement liées aux paramètres de vitesse de polymérisation du matériau à traiter dans le cas d'un traitement de polymérisation.
Les paramètres d'épaisseur du matériau à fixer sont, dans le cas du séchage d'un motif à caractère ornemental ou distinctif, I'épaisseur effective du matériau rapporté par impression ou application, encre ou peinture, et, dans le cas de la polymérisation d'un matériau, réticulation d'un matériau polymère, la profondeur sur laquelle le traitement doit être effectué, profondeur mesurée par rapport à la surface libre à traiter. Dans la plupart des cas, les paramètres d'absorption ai, j à la longueur d'onde quasi monochromatique du rayonnement laser sont sensiblement identiques, quelle que soit la couleur réelle de la zone élémentaire Si, j à traiter, la dynamique de la commande de puissance du rayonnement laser de chacun des moyens d'émission étant sensiblement fonction de la seule épaisseur du matériau à traiter telle que définie précédemment.
Selon la fig. 2, les moyens d'émission 2 du rayonnement laser de puissance forment un réseau. Les moyens d'émission 2 sont disposés perpendiculairement à un plan selon un arrangement constitué de m+ 1 lignes et n+ 1 colonnes. Sur la fig. 2 et les figures suivantes, le moyen d'émission noté 2 i, j représenté par un point ou cercle formant le réseau désigne le moyen d'émission de la ligne et de la colonne d'adresse i, j.
La fig. 3a représente un mode de réalisation particulier du réseau permettant notamment le traitement d'un motif fixe. Selon la figure 3a, chaque moyen d'émission 2 i, j est placé au sommet d'un losange élémentaire de côté a, constituant le pas du réseau, et d'angle aigu a= 60G. Une telle configuration du réseau permet, compte tenu des paramètres d'émission de chaque faisceau laser, d'obtenir un recouvrement uniforme de la surface à traiter par le rayonnement de traitement.
Selon le mode de réalisation non limitatif représenté fig. 3a, chacun des moyens d'émission laser 2 i, j délivre un faisceau laser 3 i, j en mode TEMoo de section circulaire. La distribution d'intensité de chaque faisceau laser 3 i, j suivant la distance à l'axe de symétrie longitudinale ZZ' du faisceau est telle que, à R = 0,9a, l'intensité est environ 13% de l'intensité au centre de celui-ci. Un tel arrangement permet un recouvrement de la surface à traiter avec un coefficient de variation maximale d'intensité en tout point de la surface inférieure ou égale à 10% pour un réglage identique de la puissance de rayonnement de chacun des moyens d'émission. Sur la fig. 3a, un diagramme de l'intensité d'éclairement dans une direction j, j + 1 ou i, i + I a été représenté.
Selon un autre mode de réalisation non limitatif du dispositif représenté fig. 3b, le réseau formé par les moyens d'émission laser 2 i, j est animé, par rapport à un support constitué par une bande, d'un mouvement relatif de translation. Ce mouvement est représenté sur cette figure par la flèche d, le motif sur la bande étant délimité par les traits mixtes notés M. Tout mode de réalisation dans lequel le réseau se déplace par rapport au support ne sort pas du cadre de la présente invention. Le réseau est constitué par au moins un alignement noté j selon une première direction d 1 d'une pluralité de N moyens d'émission laser notés 2 l,j à 2 N, j.
La première direction d 1 du réseau fait avec une deuxième direction d 2 perpendiculaire à la direction du mouvement relatif d de la bande, un angle a tel que cosa = où s représente l'espacement selon la première direction d I de deux moyens d'émission laser consécutifs tels que 2 i, j et 2 i + 1, j et où 8 représente le décalage de ces mêmes moyens d'émission consécutifs selon la deuxième direction d 2. Sur la fig. 3c, les systèmes d'entraînement de la bande à ses extrémités, constituées en rouleaux, n'ont pas été représentés afin de ne pas surcharger la figure.
Ce mode de réalisation permet, pour un espacement déterminé 6 des moyens d'émission 2 i, j selon la direction d 2 et, partant, des axes de chaque faisceau, d'obtenir une loi de recouvrement des faisceaux selon cette direction d 2, en raison de l'intégration moyenne de l'éclairement par l'ensemble des moyens d'émission 2 i, j pour tout point du motif par le déplacement de ce point selon la direction d. Un tel mode de réalisation permet en particulier d'obtenir un espacement des axes des faisceaux défini par un décalage 6, selon la direction d 2, inférieur au diamètre des corps des moyens d'émission laser. L'espacement théorique de deux moyens d'émission dans cette direction est égal au diamètre d'un tube, les tubes étant jointifs.
Le mode de réalisation ne préjuge pas du mode d'émission laser de chaque moyen d'émission, le décalage 8 selon la direction d 2 étant directement déterminable compte tenu de ce mode d'émission, c'est-à-dire de la répartition d'intensité lumineuse du faisceau en fonction de la distance à l'axe de ce faisceau. A titre d'exemple non limitatif, une émission en mode TEMoo avec un espacement 6 de la forme 6 = 0,9R, où R est le rayon de la section de chaque faisceau laser au niveau de la surface à traiter, permet d'obtenir, dans la direction d 2 et en définitive pour toute la surface à traiter du fait du déplacement relative, un éclairement et un traitement uniformes.
Selon une variante de réalisation représentée fig. 3c, le réseau est constitué par une pluralité de P alignements identiques parallèles notés I,j, j + I, P de moyens de rayonnement laser. Deux alignements consécutifs tels que j, j + 1 sont décalés suivant la deuxième direction d 2 d'une quantité N6, où N représente le nombre de moyens d'émission de chaque alignement. Un tel mode de réalisation permet de traiter des motifs de grande dimension, tout en réduisant l'encombrement total du réseau suivant la direction d de déplacement relatif du support, un tel arrangement permettant, compte tenu du défilement de la bande, un recouvrement total de la surface à traiter.
Chaque moyen d'émission 2 i, j comporte, ainsi que représenté fig. 3d. un objectif 30 de focalisation du faisceau laser correspondant. Chaque objectif 30 monté sur un bâti 52 est réglable en translation selon la direction de propagation des faisceaux lasers incidents. A titre d'exemple, chaque objectif est monté de manière à coulisser sur le bâti 52, par l'intermédiaire d'un moteur d'entraînement. Ce type de montage ne sera pas décrit en détail car bien connu de l'homme de l'art. Le réglage de chaque objectif 30 à une cote Z déterminée de la surface à traiter 10, dans le cas où celle-ci est une surface gauche, permet une adaptation de la dimension de chaque spot des faisceaux d'adresse i, j pour un traitement optimal de cette surface par un recouvrement des spots des faisceaux lasers adapté à cette surface.
Un tel mode de réalisation sera plus particulièrement utilisé dans le cas du traitement de surfaces libres de matériaux plastiques, notamment dans le cas de polymérisation.
Selon une autre variante de réalisation représentée fig. 3e, chaque moyen d'émission laser comporte un objectif unique commun 300 constitué par une lentille à grande ouverture. Ce mode de réalisation permet en particulier une simplification des réglages du recouvrement des faisceaux lasers au niveau de la surface à traiter. Ce mode de réalisation sera préférentiellement utilisé dans le cas du séchage d'encres ou de peintures pour lesquelles la variation d'épaisseur de matériau à traiter n'est pas fonction de motifs spatiaux.
Dans le cas du séchage d'un motif imprimé ou peint, les moyens d'émission laser sont de préférence constitués par un laser CO2 émettant à la longueur d'onde voisine de 10 ,um dans l'infrarouge.
Dans le cas du traitement de matériau pour polymérisation, les moyens d'émission laser sont constitués par un laser à gaz rare, tel que l'argon, émettant un rayonnement laser de puissance dans le spectre visible ou dans l'ultraviolet.,
Ainsi que représenté fig. 4, chaque moyen d'émission laser 2 comporte un tube à gaz à décharge 20. Le corps de chaque tube à gaz 20 est contenu dans une enceinte de refroidissement 21. Ainsi que représenté de manière non limitative fig. 4, I'ensemble des corps des tubes à décharge est contenu dans une enceinte de refroidissement unique 21. L'enceinte de refroidissement 21 est formée par une cuve 210 dont les parois sont, par exemple, formées par des plaques de PVC ou autre matériau électriquement isolant.
Les plaques de matériau isolant 210 sont montées de manière étanche à l'aide de joints d'étanchéité 211 de manière à former une cuve hermétique dans laquelle, en fonctionnement, un courant de fluide réfrigérant, de l'eau désionisée par exemple, est créé. Chaque tube traverse de part en part l'enceinte de refroidissement. Chaque tube traverse les parois constituant la cuve au niveau de traversées étanches 24, 25 constituées par exemple par des manchons en céramique vitreuse comportant des joints d'étanchéité 240, 250 en polytétrafluoréthy- lène. Les culots 300, 301 de chaque tube à décharge sont en contact électrique avec la cathode 241 et l'anode 251 respectivement, lesquelles reposent directement sur les manchons en céramique vitreuse 24, 25.
L'ensemble des cathodes 241 de chaque tube à décharge est disposé dans une chambre à dépression 242 dans laquelle une pression réduite de quelques torrs est maintenue afin d'assurer, pour chaque résonateur laser, une circulation du gaz d'émission, mélange
CO2/N2/hélium, du tube â décharge. Chaque cathode 241 est surmontée d'un miroir 22 constituant le miroir du résonateur laser et assurant l'alimentation en énergie électrique du tube à décharge.
Dans le cas d'émission en infrarouge, laser CO2, le miroir 22 peut être constitué par une plaquette de cuivre. Une vis de contact 26 assure un bon contact électrique entre le miroir 22 et la cathode 241.
Le miroir de sortie 23 délivrant le rayonnement laser de puissance est, dans le cas d'un laser CO2, constitué par une pièce en séléniure de zinc (ZnSe) ou en germanium. Le miroir de sortie 23 est, par exemple, constitué par une pièce en quartz dans le cas d'un laser à gaz rare émettant dans le spectre visible ou l'ultraviolet. Une chambre d'admission 252 du gaz d'émission permet d'assurer une circulation de ce gaz dans les tubes à décharge, lesquels sont en communication avec les chambres 242 et 252.
L'alimentation des tubes à décharge auxquels une tension typique de fonctionnement de 3 à 5 kV doit être appliquée entre anode et cathode peut être effectuée, dans le cas de la fig. 4, par application d'une tension négative de - 3 à - 5 kV sur la vis de contact 26.
La fig. 5 représente un schéma fonctionnel des circuits de commande du dispositif selon l'invention. Sur la fig. 5, les moyens de commande 4 de la puissance du rayonnement du faisceau laser de chacun des moyens d'émission comportent un pupitre de commande 45, permettant la mise en mémoire des paramètres de modulation de la puissance de chaque faisceau laser tels que caractéristiques d'absorption ni, j et d'épaisseur ei, j du matériau au niveau d'une zone élémentaire de traitement Si, j d'adresse i, j de la surface libre à traiter.
Les différents paramètres peuvent, par exemple, être directement introduits dans les moyens de mise en mémoire 5 par programmation à partir du pupitre de commande 45 ou par mesure directe de la densité optique du matériau constitutif de la surface à traiter au moyen d'une caméra du type télévision 46, la mesure de la densité optique donnant, pour une ligne de balayage du type télévision, une mesure directe de l'épaisseur du motif. Ce dispositif peut, de préférence, être utilisé dans le cas du séchage d'un motif imprimé ou peint, consistant en couches de matériaux d'épaisseur variable rapportées sur une surface-support, la profondeur de traitement, dans le cas de la polymérisation, pouvant être au contraire directement programmée à partir du pupitre 45 pour chaque zone élémentaire Si, j.
Les moyens de mise en mémoire 5 sont constitués par tout dispositif permettant la mise en mémoire des paramètres précités sous forme numérique tels que, par exemple, floppy disque ou
REPROM. Les moyens de commande de la puissance de rayonnement du faisceau laser de chacun des moyens d'émission comportent en outre des circuits de calcul et de commande 6 du processus de traitement du motif ou de la surface à traiter. Ces circuits délivrent, à partir des informations mises en mémoire par les moyens de mise en mémoire 5, un signal de commande li, j du courant de décharge li, j de chaque moyen d'émission laser 2 i, j. La commande du courant de décharge des tubes à décharge de chacun des moyens d'émission laser permet la commande de la puissance d'émission du rayonnement laser correspondant.
Selon la fig. 6, les circuits de calcul et de commande 6 du processus de traitement de la surface libre du matériau à traiter comportent des moyens 60, 61 de contrôle du mouvement et/ou de la position du support 10 de la surface à traiter, délivrant des signaux représentatifs de la vitesse de défilement du support et de sa position.
Les moyens de contrôle 60, 61 peuvent par exemple être constitués par un détecteur photoélectrique de position réagissant à un repère périodique 100 du support. Le diamètre de chaque faisceau laser de traitement étant de l'ordre de 5 mm dans le cas du séchage de billets de banque, une incertitude de position de l'ordre de 1/100 de la dimension du faisceau laser permet une détermination convenable de la position du motif ou de la surface à traiter. A cet effet, les détecteurs de position 60, 61 peuvent être constitués par un détecteur de présence optique du type décrit dans la demande de brevet US
No 964884 au nom de la titulaire. Les circuits de commande et de calcul 6 comportent en outre une horloge centrale 62 délivrant un signal base de temps en fonctionnement.
Le signal base de temps délivré par l'horloge 62 est, par exemple, un signal impulsionnel de fréquence de récurrence égale, en régime établi, à un multiple de la fréquence de détection des marqueurs de position 100. Un microprocesseur 63 piloté en 632 par les signaux de base de temps reçoit en 630, 631 les informations relatives au mouvement et à la position du support 10 de la surface à traiter et en 633 les informations relatives aux paramètres d'absorption ai, j et d'épaisseur ei, j de toute surface élémentaire Si, j à traiter délivrées par les moyens de mise en mémoire 5. Le microprocesseur 63 délivre, sous forme numérique par exemple, pour chaque moyen d'émission 2 i, j à l'adresse i, j, un signal de commande li, j de la puissance d'émission laser du moyen d'émission correspondant.
Le signal de commande îi, j consiste par exemple en une série de signaux numériques élémentaires, l'ensemble correspondant à une séquence de traitement d'un motif. Chaque signal numérique élémentaire comporte, par exemple, au niveau des bits d'information de poids les plus élevés l'information relative à l'adresse du moyen d'émission 2 i, j correspondant à commander, les bits de poids inférieur étant porteurs de l'information de l'intensité du tube à décharge à l'adresse correspondante.
Pour un réseau comportant 225 moyens d'émission laser délivrant un faisceau laser de diamètre de 5 mm et pour une bande transporteuse défilant à une vitesse de I m/s, la fréquence de travail du microprocesseur, fréquence de débit de l'information relative à la puissance d'émission, est de l'ordre de 100 kHz. Le microprocesseur utilisé est, par exemple, un microprocesseur de capacité de mémoire de 32 kbits. Dès la fin de la mise en mémoire des paramètres d'absorption et d'épaisseur dans les moyens de mise en mémoire 5, le microprocesseur, par sa sortie 634, commande la lecture non destructive des moyens de mise en mémoire 5 à la fréquence précitée.
Le microprocesseur 63 délivre le signal de commande li, j de l'intensité du courant de décharge de chaque moyen d'émission 2 i, j, la puissance de rayonnement de chaque tube à décharge nécessaire au traitement étant proportionnelle au volume de la zone à traiter donc à
I'épaisseur ei, j du matériau à traiter pour un diamètre de faisceau laser déterminé dans le cas où, ainsi que décrit précédemment, les paramètres d'absorption ai, j ont une valeur sensiblement identique pour la longueur d'onde quasi monochromatique du rayonnement.
Le signal de commande îi. j est délivré en 640 à un circuit de commande 64 de l'intensité du tube à décharge 20 de chaque moyen d'émission laser 2 i, j, ce circuit permettant d'effectuer une transformation série parallèle du signal de commande li, j.
La fig. 7 représente un détail de réalisation non limitatif du circuit de commande 64 de l'intensité du tube à décharge de chaque moyen d'émission. Selon la fig. 7, ce circuit comporte une mémoire auxiliaire 70 recevant du microprocesseur 63 le signal li, j représentatif des informations de puissance d'émission en un point de coordonnées i, j du réseau. Un convertisseur numérique analogique 71 reçoit de la mémoire auxiliaire 70 les informations représentatives de la puissance d'émission et délivre un signal analogique li, j de valeur correspondante. Une matrice de décodage 72 reçoit de la mémoire auxiliaire 70 le signal mis en mémoire. A titre d'exemple, la matrice de décodage 72 est une matrice à diodes à m +1 lignes et n + 1 colonnes.
Dans ce cas, la matrice 72 reçoit du convertisseur numériqueanalogique un signal analogique représentatif de l'adresse correspondante i, j de la diode à commuter. A un point i, j de la matrice diode 72 correspond un moyen d'émission 2 i, j du réseau des moyens d'émission. Une pluralité d'interrupteurs 7200, 72 i, j, à 72 nm, permet la commutation des signaux analogiques li, j vers les sorties correspondantes 6400, 6410, 64 i, j, 64 nm, de commande des moyens d'émission 2 i, j. La commutation de chaque interrupteur 72 i, j est effectuée, par exemple, par l'intermédiaire de chaque diode d'adresse i, j de la matrice diode 72, la conduction de chaque diode d'adresse i, j entrainant par exemple la fermeture de l'interrupteur 72 i, j correspondant.
Chaque interrupteur 72 i, j peut, par exemple, être constitué par un transistor à effet de champ dont la base est directement commandée par la diode correspondante. Tout système de décodage numérique ne sort pas du cadre de la présente invention.
Le circuit de commande 64 comporte en outre une pluralité de circuits de mise en mémoire 73 i, j des signaux analogiques délivrés par les interrupteurs 72 i, j. A la fermeture de chaque interrupteur 72 i, j, la valeur correspondante du signal analogique li, j de commande est en mémoire dans le circuit de mise en mémoire 73 i, j. Ce dernier peut être constitué par un condensateur. La commutation de chaque interrupteur 72 i, j déconnecte le circuit de mise en mémoire 73 i, j, lequel conserve la valeur du signal li, j jusqu'à la prochaine commutation de ce même interrupteur 72 i, j, le circuit mémoire 73 i, j se chargeant alors à la nouvelle valeur. Le circuit mémoire 73 i, j et l'interrupteur 72 i, j jouent le rôle d'un circuit échantillonneur bloqueur.
Le circuit de commande 64 comporte en outre une pluralité de circuits de modulation 74 i, j du courant de décharge du tube 20 des moyens d'émission 2 i, j. Ce circuit sera décrit fig. 8 à titre d'exemple seulement, car ce type de circuit est bien connu de l'homme de l'art.
Il peut comprendre un amplificateur opérationnel 80 à haute impédance d'entrée sur lequel le circuit mémoire 73 i, j est connecté, la sortie de l'amplificateur opérationnel pilotant un étage 81 jouant le rôle de générateur de courant. Cet étage peut être constitué par un transistor monté en émetteur suiveur dont le collecteur est relié à la cathode du tube à décharge 20 des moyens d'émission 2 i, j par l'intermédiaire d'une résistance de protection 82. L'anode du tube à décharge 2 i, j est reliée directement à la haute tension délivrée par l'alimentation du dispositif.
Un tel système de commande et modulation du courant de décharge du tube 20 de chaque moyen d'émission 2 i, j permet une dynamique de modulation de 10 de la puissance d'émission du rayonnement laser, P max/P min de l'ordre de 10, le pont de fonctionnement de chaque tube à décharge étant simplement déplacé dans la zone de caractéristique linéaire puissance - intensité de chaque tube.
On notera que, pour le séchage des motifs imprimés sur des billets de banque, l'utilisation d'encres développées spécialement par la Société Sicpa S.A., Lausanne/Suisse, pour ce type de traitement est particulièrement recommandée.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Device for treatment by laser irradiation of the free surface of the material constituting an object (1), characterized in that it comprises: a plurality of means for emitting (2) a laser radiation
of power, each of the means delivering, in operation,
a laser beam (3), the laser beams (3) being substantially pa
aligned and directed towards the free surface of the object, means (4) for controlling and modulating the power
of the radiation of the laser beam from each of said means
emission, depending on the absorption parameters of the area
impact of each of the laser beams at the address of this zone
impact on the surface considered and the thickness of the material to be
treat.
2. Device according to claim 1, characterized in that the emission means (2) of the power laser radiation form a network, the emission means being arranged perpendicular to a plane, according to an arrangement consisting of m +1 lines and n +1 columns, representative of the free surface of the material constituting the object, m and n being whole numbers positive or zero.
3. Device according to claim 2, characterized in that the network is constituted by an arrangement of m + 1 rows and n + 1 columns of the emission means (2), each emission means being placed at the top of an elementary diamond whose side, of length a, constitutes the pitch of the network, and of acute angle at 60 ".
4. Device according to claim 3, characterized in that each of the laser emission means (2) delivers a laser beam (3) of circular section, the radius of the sections of each laser beam at the level of the illuminated free surface being equal at R = 0.9a, the intensity distribution of each laser beam along the distance from the longitudinal axis of symmetry of the beam being substantially distributed along a Gauss curve.
5. Device according to claim 2, characterized in that, in the case of the treatment of the free surface of an animated band, with respect to the network, of a relative movement of translation, said network consists of at least one alignment in a first direction (d 1) of a plurality of N laser radiation means, the first direction forming, with a second direction (d 2) perpendicular to the direction of relative movement of the strip and the
network, an angle a such that
3
cosa = in which s represents the spacing in the first direction of two consecutive laser radiation means (2 i, j; 2 i +1 j) and where
6 shows the offset of these same consecutive transmission means in the second direction.
6. Device according to claim 5, characterized in that the offset 6 of two consecutive laser radiation means in the second direction is equal to 6 = 1.1 R where R represents the radius of the section of each laser beam in the plane of the free area to be lit.
7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the network is constituted by a plurality of identical alignments (1 d, j +1, p) parallel to laser radiation means, two consecutive alignments (j , j + 1) being offset in the second direction (d 2) by an amount N 6, where N represents the number of transmission means of each alignment.
8. Device according to one of claims I to 7, characterized in that the network is movable in translation in a direction pa allele to the direction of propagation of the laser beams.
9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that each emission means (2 i, j) comprises an objective (30) adjustable in translation according to the direction of propagation of the incident laser light events.
10. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the laser emission means comprise a common objective (300) constituted by a lens with large aperture.
He. Device according to one of claims 2 to 10, characterized in that the network formed by the laser emission means is mounted in a cooling enclosure (21).
12. Device according to claim 11, characterized in that said laser emission means consist of a CO2 laser emitting at a wavelength close to 10 llm.
13. Device according to claim 11, characterized in that said laser emission means are constituted by a rare gas laser emitting power radiation in the visible spectrum or in the ultraviolet.
14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that said means for controlling the radiation power of the laser beam of each of the emission means comprise: means for storing (5) parameters of modula
tion of each laser beam for an elementary zone of trai
If si, j with address i, j of the free surface to be treated, - calculation and control circuits (6) of the milking process
ment of the pattern to be treated, said circuits delivering to each means
emission of laser radiation a control signal from the
discharge current from laser emission systems.
15. Device according to claim 14, characterized in that the calculation and control circuits (6) of the process for treating the free surface of the material to be treated comprise: - means (60, 61) for controlling the movement of the support of the
surface to be treated delivering signals representative of the speed
scrolling of the support (10) and of its position, - a central clock (62) delivering a time base signal, - a microprocessor (63) receiving, on the one hand, the information
relating to the movement and position of the surface support
to be processed and the information relating to the absorb parameters
tion Ti, j and thickness of the elementary surface Si, j to be treated
delivered by the storage means, said microprocessor
(63) delivering, for each transmission means to the address i, j,
a
control signal li, j of the laser emission power of the
corresponding emission means, a control circuit (64) of the discharge tube of each
laser emission means, the control circuit receiving the
control signal fi, j of the transmitting power.
16. Device according to claim 15, characterized in that the control circuit (64) of the discharge tube of the laser emission means comprises: - an auxiliary memory (70) receiving microprocessor (63)
information representative of the transmission power in one
point of coordinates i, j of the network, - a digital-analog converter (71) receiving
auxiliary memory the information representative of the then
emission session and delivering an analog signal of cor value
corresponding, - a decoding matrix (72) receiving auxiliary memory the
signal stored in memory, - a plurality of analog switches (72ij) each receiving
the analog signal delivered by the digital converter
analog (71),
each of the switches being controlled by the
decoding matrix (72), - a plurality of signal storage circuits (73ij)
analog delivered by the switches, - a modulation circuit (74ij) of the current of the discharge tube
laser emission means.
The invention relates to a device for treatment by laser irradiation of the free surface of the material constituting an object. Such a device can be used in particular for fixing operations.
By fixing is understood the operation which consists in establishing in a way
durable the free surface of the material of which this object is made in a determined state of finish or appearance. Thus, the fixing can therefore consist of a drying of colors arranged on a support in a pattern of ornamental or distinctive character or in a polymerization of particular areas according to a predetermined arrangement from a corresponding mask.
Devices of this type can be designed with the aim in particular of drying colors of printed reproductions.
In this case, in which most often the reproductions are placed on a moving conveyor belt, such devices may include a system for scanning the surface to be treated by deflection of a laser beam or of lamps with infrared radiation. The treatment of the surfaces of such objects requires a high energy density level for the laser radiation, of the order of 5 kJ / m2, for a strip running speed of the order of 1.5 m.
The deflection of one or more laser beams on the surface to be treated then requires the implementation of an expensive laser emission device due to the requirement relating to the power handling of the optical components, around 4.5 kW for a belt speed of 1.5 m / s and a beam with a diameter of 5 mm, or, in the case of the use of several beams of lesser power, the use of deflection devices more complex due to the need to further incorporate a synchronization system for each individual deflection.
The object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks and to obtain a substantially uniform illumination of the surface to be treated.
An object of the present invention is the implementation of a device for fixing the free surface of the material constituting an object in which the optical elements are not subjected to such power handling constraints.
Another object of the present invention is the implementation of a device allowing the fixing treatment of the free surface of objects by modulation of the emission power of the radiation at low frequency, less than or equal to a few hundred hertz , in accordance with a determined pattern of this free surface.
The various objects of the present invention are obtained by implementing the technical characteristics of claim 1.
Devices according to the invention as defined in claim 1 can be used for drying printed or painted reproductions or patterns such as banknotes or rolls of wallpaper. In the two aforementioned cases, the device according to the invention is particularly well suited to such a type of use because of the fidelity characteristic of the reproducibility of the treatment ensuring a substantially identical appearance or final state of the free surface treated for a large number or a large quantity of identical objects.
Such devices can also be used for the treatment of free surfaces of plastic materials with a view to their polymerization by zones according to a determined pattern such as, for example, in the case of crosslinking or transformation of a linear polymer into a three-dimensional polymer by creation of transverse links, in particular in the techniques of masking or of manufacturing holographic models for optical memory. Heat treatments in the laser annealing processes known as laser annealing can also be performed.
The invention will be better understood with the aid of the description and of the drawings below in which the same references represent the same elements and where: FIG. 1 shows an overall view of the device according to the invention, FIG. 2 shows a detail of embodiment of the device according to the in
vention, figs. 3a to 3e represent an alternative embodiment of the available
sitive according to the invention, - fig. 4 shows another detail of the device
according to the invention, - fig. 5 represents a diagram of the functional connections of the dif
elements of the invention, - figs. 6, 7 and 8 represent a detail of realization of the circuits
of control ensuring the connection between the various elements re
shown in fig. 5.
According to fig. 1, the device for fixing by laser irradiation of the free surface of an object 1 comprises a plurality of means 2 for emitting power laser radiation. Each emission means 2 delivers in operation a laser beam 3. The laser beams are substantially parallel and directed towards the free surface of the object 1. In FIG. 1, the objects to be treated 1 have been shown, by way of nonlimiting example, on a conveyor belt 10 subjected to scrolling at a given speed y in order to expose the entire free surface of the object I to treatment. Any embodiment in which an object to be treated is placed on a fixed support does not depart from the scope of the present invention.
The device also comprises means 4 for controlling and modulating the power of the radiation of the laser beam 3 from each of the emission means 2 as a function of the absorption characteristics of the impact zone of each of the laser beams at the address of this impact zone on the surface to be treated and the thickness ei, j of the material to be fixed. According to the envisaged application of this device, the absorption characteristics oi, j for an elementary zone Si, j of the surface to be treated are directly linked to the polymerization speed parameters of the material to be treated in the case of a treatment of polymerization.
The thickness parameters of the material to be fixed are, in the case of the drying of an ornamental or distinctive pattern, the effective thickness of the material reported by printing or application, ink or paint, and, in the case of polymerization of a material, crosslinking of a polymeric material, the depth over which the treatment must be carried out, depth measured relative to the free surface to be treated. In most cases, the absorption parameters ai, j at the quasi-monochromatic wavelength of the laser radiation are substantially identical, whatever the actual color of the elementary area Si, j to be treated, the dynamics of the control. of power of the laser radiation from each of the emission means being substantially a function of the only thickness of the material to be treated as defined above.
According to fig. 2, the means 2 for emitting power laser radiation form a network. The emission means 2 are arranged perpendicular to a plane in an arrangement consisting of m + 1 rows and n + 1 columns. In fig. 2 and the following figures, the transmission means denoted 2 i, j represented by a point or circle forming the network designates the transmission means for the row and the address column i, j.
Fig. 3a represents a particular embodiment of the network allowing in particular the processing of a fixed pattern. According to FIG. 3a, each emission means 2 i, j is placed at the top of an elementary rhombus of side a, constituting the pitch of the network, and of acute angle a = 60G. Such a network configuration allows, taking into account the emission parameters of each laser beam, to obtain a uniform covering of the surface to be treated by the treatment radiation.
According to the nonlimiting embodiment shown in fig. 3a, each of the laser emission means 2 i, j delivers a laser beam 3 i, j in TEMoo mode of circular section. The intensity distribution of each laser beam 3 i, j along the distance to the longitudinal axis of symmetry ZZ 'of the beam is such that, at R = 0.9a, the intensity is approximately 13% of the intensity at center of it. Such an arrangement allows the surface to be treated to be covered with a coefficient of maximum variation in intensity at any point on the surface less than or equal to 10% for an identical adjustment of the radiation power of each of the emission means. In fig. 3a, a diagram of the intensity of illumination in a direction j, j + 1 or i, i + I has been shown.
According to another non-limiting embodiment of the device shown in fig. 3b, the network formed by the laser emission means 2 i, j is animated, relative to a support constituted by a band, of a relative translational movement. This movement is represented in this figure by the arrow d, the pattern on the strip being delimited by the dashed lines denoted M. Any embodiment in which the network moves relative to the support does not depart from the scope of the present invention. The network consists of at least one alignment noted j in a first direction d 1 of a plurality of N laser emission means noted 2 l, j to 2 N, j.
The first direction d 1 of the network makes with a second direction d 2 perpendicular to the direction of the relative movement d of the strip, an angle a such that cosa = where s represents the spacing according to the first direction d I of two means d ' consecutive laser emission such as 2 i, j and 2 i + 1, j and where 8 represents the shift of these same consecutive emission means in the second direction d 2. In FIG. 3c, the drive systems of the strip at its ends, constituted in rolls, have not been shown so as not to overload the figure.
This embodiment makes it possible, for a determined spacing 6 of the emission means 2 i, j in the direction d 2 and, consequently, of the axes of each beam, to obtain a law of overlap of the beams in this direction d 2, due to the average integration of the illumination by all of the emission means 2 i, j for any point of the pattern by the displacement of this point in the direction d. Such an embodiment makes it possible in particular to obtain a spacing of the axes of the beams defined by an offset 6, in the direction d 2, less than the diameter of the bodies of the laser emission means. The theoretical spacing of two emission means in this direction is equal to the diameter of a tube, the tubes being joined.
The embodiment does not prejudge the laser emission mode of each emission means, the offset 8 in the direction d 2 being directly determinable taking into account this emission mode, that is to say the distribution light intensity of the beam as a function of the distance to the axis of this beam. By way of nonlimiting example, an emission in TEMoo mode with a spacing 6 of the form 6 = 0.9R, where R is the radius of the section of each laser beam at the level of the surface to be treated, makes it possible to obtain , in the direction d 2 and ultimately for the entire surface to be treated due to the relative displacement, uniform illumination and treatment.
According to an alternative embodiment shown in fig. 3c, the network is constituted by a plurality of P identical parallel alignments denoted I, j, j + I, P of laser radiation means. Two consecutive alignments such that j, j + 1 are offset in the second direction d 2 by an amount N6, where N represents the number of transmission means of each alignment. Such an embodiment makes it possible to process large-scale patterns, while reducing the total size of the network in the direction of relative movement of the support, such an arrangement allowing, taking into account the movement of the strip, total recovery of the surface to be treated.
Each transmission means 2 i, j comprises, as shown in FIG. 3d. a lens 30 for focusing the corresponding laser beam. Each objective 30 mounted on a frame 52 is adjustable in translation according to the direction of propagation of the incident laser beams. By way of example, each objective is mounted so as to slide on the frame 52, by means of a drive motor. This type of assembly will not be described in detail since it is well known to those skilled in the art. The adjustment of each objective 30 to a determined dimension Z of the surface to be treated 10, in the case where this is a left surface, allows an adaptation of the dimension of each spot of the beams of address i, j for treatment optimum of this surface by covering the spots of the laser beams adapted to this surface.
Such an embodiment will be more particularly used in the case of the treatment of free surfaces of plastic materials, in particular in the case of polymerization.
According to another alternative embodiment shown in FIG. 3rd, each laser emission means comprises a common single objective 300 constituted by a large aperture lens. This embodiment allows in particular a simplification of the adjustments of the overlap of the laser beams at the level of the surface to be treated. This embodiment will preferably be used in the case of drying inks or paints for which the variation in thickness of material to be treated is not a function of spatial patterns.
In the case of drying a printed or painted pattern, the laser emission means are preferably constituted by a CO2 laser emitting at a wavelength close to 10 μm in the infrared.
In the case of treatment of material for polymerization, the laser emission means are constituted by a rare gas laser, such as argon, emitting a laser power laser in the visible spectrum or in the ultraviolet.,
As shown in fig. 4, each laser emission means 2 comprises a gas discharge tube 20. The body of each gas tube 20 is contained in a cooling enclosure 21. As shown in a nonlimiting manner FIG. 4, all of the bodies of the discharge tubes are contained in a single cooling enclosure 21. The cooling enclosure 21 is formed by a tank 210 whose walls are, for example, formed by plates of PVC or other material electrically insulating.
The plates of insulating material 210 are mounted in a leaktight manner using seals 211 so as to form a hermetic tank in which, in operation, a stream of coolant, for example deionized water, is created. . Each tube passes right through the cooling enclosure. Each tube passes through the walls constituting the tank at watertight crossings 24, 25 constituted for example by vitreous ceramic sleeves comprising seals 240, 250 made of polytetrafluoroethylene. The caps 300, 301 of each discharge tube are in electrical contact with the cathode 241 and the anode 251 respectively, which rest directly on the vitreous ceramic sleeves 24, 25.
All of the cathodes 241 of each discharge tube are placed in a vacuum chamber 242 in which a pressure reduced by a few torr is maintained in order to ensure, for each laser resonator, a circulation of the emission gas, mixture
CO2 / N2 / helium, from the discharge tube. Each cathode 241 is surmounted by a mirror 22 constituting the mirror of the laser resonator and ensuring the supply of electrical energy to the discharge tube.
In the case of infrared emission, CO2 laser, the mirror 22 can be constituted by a copper plate. A contact screw 26 ensures good electrical contact between the mirror 22 and the cathode 241.
The output mirror 23 delivering the laser power radiation is, in the case of a CO2 laser, constituted by a piece of zinc selenide (ZnSe) or germanium. The output mirror 23 is, for example, constituted by a piece of quartz in the case of a rare gas laser emitting in the visible spectrum or the ultraviolet. An inlet chamber 252 for the emission gas makes it possible to ensure a circulation of this gas in the discharge tubes, which are in communication with the chambers 242 and 252.
The supply of the discharge tubes to which a typical operating voltage of 3 to 5 kV must be applied between the anode and the cathode can be carried out, in the case of FIG. 4, by applying a negative voltage of - 3 to - 5 kV on the contact screw 26.
Fig. 5 shows a functional diagram of the control circuits of the device according to the invention. In fig. 5, the control means 4 for the power of the radiation of the laser beam from each of the emission means comprise a control console 45, allowing the storage of the modulation parameters of the power of each laser beam such as characteristics of absorption ni, j and of thickness ei, j of the material at the level of an elementary treatment zone Si, j of address i, j of the free surface to be treated.
The various parameters can, for example, be directly introduced into the storage means 5 by programming from the control console 45 or by direct measurement of the optical density of the material constituting the surface to be treated by means of a camera. of the television type 46, the measurement of the optical density giving, for a scanning line of the television type, a direct measurement of the thickness of the pattern. This device can, preferably, be used in the case of the drying of a printed or painted pattern, consisting of layers of materials of variable thickness attached to a support surface, the depth of treatment, in the case of polymerization, can instead be directly programmed from the console 45 for each elementary area Si, j.
The storage means 5 are constituted by any device allowing the storage of the aforementioned parameters in digital form such as, for example, floppy disk or
REPROM. The means for controlling the radiation power of the laser beam from each of the emission means further comprise circuits 6 for calculating and controlling the process for processing the pattern or the surface to be treated. These circuits deliver, from the information stored in the storage means 5, a control signal li, j of the discharge current li, j from each laser emission means 2 i, j. The control of the discharge current of the discharge tubes of each of the laser emission means allows the control of the emission power of the corresponding laser radiation.
According to fig. 6, the calculation and control circuits 6 of the process for treating the free surface of the material to be treated comprise means 60, 61 for controlling the movement and / or the position of the support 10 of the surface to be treated, delivering signals representative of the speed of travel of the support and of its position.
The control means 60, 61 may for example be constituted by a photoelectric position detector reacting to a periodic reference 100 of the support. The diameter of each treatment laser beam being of the order of 5 mm in the case of the drying of banknotes, a position uncertainty of the order of 1/100 of the dimension of the laser beam allows a suitable determination of the position of the pattern or surface to be treated. For this purpose, the position detectors 60, 61 may be constituted by an optical presence detector of the type described in the US patent application
No 964884 in the name of the holder. The control and calculation circuits 6 also include a central clock 62 delivering a time base signal in operation.
The time base signal delivered by the clock 62 is, for example, an impulse signal with a frequency of recurrence equal, in steady state, to a multiple of the frequency of detection of the position markers 100. A microprocessor 63 controlled in 632 by the time base signals receives in 630, 631 the information relating to the movement and the position of the support 10 of the surface to be treated and in 633 the information relating to the absorption parameters ai, j and of thickness ei, j of any elementary surface Si, j to be processed delivered by the storage means 5. The microprocessor 63 delivers, in digital form for example, for each transmission means 2 i, j at the address i, j, a signal of command li, j of the laser emission power of the corresponding emission means.
The control signal îi, j consists for example of a series of elementary digital signals, the whole corresponding to a sequence for processing a pattern. Each elementary digital signal comprises, for example, at the level of the most significant information bits, the information relating to the address of the transmission means 2 i, j corresponding to command, the least significant bits carrying information on the intensity of the discharge tube at the corresponding address.
For a network comprising 225 laser emission means delivering a laser beam with a diameter of 5 mm and for a conveyor belt traveling at a speed of I m / s, the working frequency of the microprocessor, frequency of information flow relating to the transmission power is of the order of 100 kHz. The microprocessor used is, for example, a microprocessor with a memory capacity of 32 kbits. As soon as the absorption and thickness parameters have been stored in the storage means 5, the microprocessor, by its output 634, controls the non-destructive reading of the storage means 5 at the aforementioned frequency .
The microprocessor 63 delivers the control signal li, j of the intensity of the discharge current of each emission means 2 i, j, the radiation power of each discharge tube necessary for the treatment being proportional to the volume of the zone to therefore deal with
The thickness ei, j of the material to be treated for a laser beam diameter determined in the case where, as described previously, the absorption parameters ai, j have a substantially identical value for the quasi-monochromatic wavelength of the radiation .
The control signal îi. j is delivered in 640 to a control circuit 64 of the intensity of the discharge tube 20 of each laser emission means 2 i, j, this circuit making it possible to carry out a parallel series transformation of the control signal li, j.
Fig. 7 shows a detail of non-limiting embodiment of the control circuit 64 of the intensity of the discharge tube of each emission means. According to fig. 7, this circuit comprises an auxiliary memory 70 receiving from the microprocessor 63 the signal li, j representative of the transmission power information at a point of coordinates i, j of the network. A digital to analog converter 71 receives from the auxiliary memory 70 the information representative of the transmission power and delivers an analog signal li, j of corresponding value. A decoding matrix 72 receives from the auxiliary memory 70 the signal stored in memory. By way of example, the decoding matrix 72 is a diode matrix with m +1 rows and n + 1 columns.
In this case, the matrix 72 receives from the analog digital converter an analog signal representative of the corresponding address i, j of the diode to be switched. At a point i, j of the diode matrix 72 corresponds a transmission means 2 i, j of the network of transmission means. A plurality of switches 7200, 72 i, j, at 72 nm, allows the switching of the analog signals li, j to the corresponding outputs 6400, 6410, 64 i, j, 64 nm, for controlling the transmission means 2 i , j. The switching of each switch 72 i, j is carried out, for example, by means of each address diode i, j of the diode array 72, the conduction of each address diode i, j causing for example the closing of the corresponding switch 72 i, j.
Each switch 72 i, j can, for example, be constituted by a field effect transistor whose base is directly controlled by the corresponding diode. Any digital decoding system does not depart from the scope of the present invention.
The control circuit 64 also comprises a plurality of memory storage circuits 73 i, j of the analog signals delivered by the switches 72 i, j. When each switch 72 i, j is closed, the corresponding value of the analog control signal li, j is stored in the storage circuit 73 i, j. The latter can be constituted by a capacitor. The switching of each switch 72 i, j disconnects the storage circuit 73 i, j, which retains the value of the signal li, j until the next switching of this same switch 72 i, j, the memory circuit 73 i , j then loading at the new value. The memory circuit 73 i, j and the switch 72 i, j play the role of a blocking sampler circuit.
The control circuit 64 also comprises a plurality of modulation circuits 74 i, j of the discharge current from the tube 20 of the transmission means 2 i, j. This circuit will be described in fig. 8 by way of example only, since this type of circuit is well known to those skilled in the art.
It may include an operational amplifier 80 with high input impedance to which the memory circuit 73 i, j is connected, the output of the operational amplifier driving a stage 81 playing the role of current generator. This stage can be constituted by a transistor mounted as a follower emitter, the collector of which is connected to the cathode of the discharge tube 20 of the emission means 2 i, j by means of a protective resistor 82. The anode of discharge tube 2 i, j is connected directly to the high voltage supplied by the power supply of the device.
Such a control and modulation system for the discharge current of the tube 20 of each emission means 2 i, j allows a modulation dynamic of 10 of the emission power of the laser radiation, P max / P min of the order of 10, the operating bridge of each discharge tube being simply moved into the area of linear power - intensity characteristic of each tube.
It should be noted that, for drying the patterns printed on banknotes, the use of inks specially developed by Sicpa S.A., Lausanne / Switzerland, for this type of treatment is particularly recommended.