CH640448A5

CH640448A5 - Procede d'ebavurage d'une piece mecanique et dispositif de mise en oeuvre du procede.

Info

Publication number: CH640448A5
Application number: CH274980A
Authority: CH
Inventors: Juerg Steffen
Original assignee: Lasag Ag
Priority date: 1980-04-10
Filing date: 1980-04-10
Publication date: 1984-01-13
Also published as: US4473735A

Description

La présente invention est relative à un procédé d'ébavurage, notamment de pièces mécaniques, et à un dispositif de mise en œuvre de ce procédé.

Dans la technique relative à l'usinage de pièces mécaniques, notamment de pièces utilisées en microtechnique, le problème de l'éba-vurage des arêtes reste un problème majeur pour l'obtention d'une finition convenable. Dans la suite du texte, les arêtes vives et arêtes d'angle interne seront communément désignées par le terme générique arête, une arête vive étant constituée par l'intersection de deux plans ou surfaces planes délimitant la forme d'un objet ou instrument, l'objet ou instrument délimité par ces deux surfaces planes formant à leur niveau un angle dièdre à 180°, une arête d'angle interne étant au contraire constituée par l'intersection de deux plans ou surfaces planes délimitant la forme d'un objet ou instrument, cet objet ou instrument formant au niveau de ces surfaces un angle dièdre obtus supérieur à 180°, l'arête d'angle interne constituant une gorge dans l'objet. Le plus souvent, les tolérances quant aux dimensions des ébarbures admissibles, en particulier au niveau des arêtes vives ou des arêtes d'angle interne, sont très strictes et ces dernières ne doivent en aucun cas être supérieures aux tolérances de dimen-sionnement du produit (ou pièce mécanique) final. Ainsi des ébarbures de longueur de l'ordre de 5 um ne peuvent être acceptées lorsque les tolérances de dimensionnement des pièces sont de l'ordre de 2 um, comme en particulier pour les buses d'injection de gazole des moteurs Diesel pour lesquelles la présence d'ébarbures en extrémité des canaux d'injection provoque une perturbation des conditions d'écoulement du carburant et, par suite, un mauvais fonctionnement des moteurs.De la même manière, dans le cas de pièces mécaniques telles que des instruments tranchants, en particulier instruments de chirurgie, la présence d'ébarbures sur le fil de coupe de l'instrument ne permet pas, lors de l'utilisation de ces instruments, d'effectuer des incisions engendrant des plaies à lèvres exemptes de toute déchirure. De plus, au cours d'une intervention, le risque de souillure de la plaie par les ébarbures arrachées au fil de l'instrument reste non négligeable, en particulier lors d'intervention de microchirurgie ophtalmologique.

Différentes solutions au problème de l'ébavurage ont été proposées afin de réduire au maximum l'existence et la taille des ébarbures sur les arêtes des pièces mécaniques.

De manière générale, le type de traitement d'ébavurage retenu est fonction des dimensions extérieures de la pièce, du degré de finition admissible des surfaces de la pièce et de la perte de dimension admissible. Un répertoire de ces traitements en fonction des paramètres précités a été publié dans la revue «Précision Engineering», vol. 1, N° 4, oct. 1979, pp. 189 à 198.

De tels traitements sont cependant onéreux et peuvent présenter, notamment dans le cas de pièces telles que des buses d'injection pour moteur Diesel, une contribution supérieure à 30% au prix de revient de la pièce terminée, l'ébavurage devant être fait à la pièce, manuellement. Dans le cas de l'ébavurage d'instruments de chinrfgie et plus particulièrement de l'émorfilage d'instruments de microchirurgie, le

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procédé couramment utilisé actuellement consiste en un traitement du type électrochimique. Ainsi que représenté en fig. 1, le fil de l'instrument comporte une série d'aspérités rugueuses provenant du meulage de l'instrument et pouvant atteindre jusqu'à 7 à 8 um pour lequel le traitement électrochimique reste peu satisfaisant compte tenu des effets de pointe sur le champ électrique inhérents à la forme même de l'instrument.

Le procédé selon l'invention permet de remédier aux inconvénients précités et a pour objet un procédé d'ébavurage de pièces mécaniques comportant des arêtes vives au moyen d'un dispositif entièrement automatique.

Un autre objet de la présente invention est un procédé d'ébavurage de pièces mécaniques totalement indépendant de la forme même de la pièce.

Un autre objet de la présente invention est un procédé d'ébavurage de pièce mécanique, notamment d'instrument tranchant, permettant un traitement local de chaque arête vive de l'instrument en vue d'un façonnage précis et d'un durcissement du fil de cet instrument pour une usure minimale.

Selon le procédé objet de l'invention, un faisceau de rayonnement laser de densité de puissance comprise entre 10® et 108 W/cm2 est focalisé sur l'arête vive de la pièce après usinage de celle-ci afin de provoquer une fusion et une volatilisation des ébarbures de l'arête. Un déplacement relatif à une vitesse de déplacement déterminée du spot de focalisation du faisceau laser et des arêtes vives de la pièce sur la totalité de celles-ci permet le traitement de la totalité de cette pièce.

Le dispositif permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention comporte notamment des moyens d'engendrer un faisceau de rayonnement laser, des moyens de focalisation du faisceau laser sur les arêtes vives de la pièce mécanique et des moyens d'assurer le déplacement relatif sur les arêtes vives de la pièce mécanique du spot de focalisation du faisceau laser à une vitesse de déplacement déterminée.

Le procédé selon l'invention permet, en particulier, l'obtention d'instruments acérés d'angle d'aiguisage a déterminé, le fil de l'instrument étant constitué par une surface gauche de rayon de courbure R sensiblement uniforme, la zone sous-jacente du fil comportant, sur la paroi de l'instrument, une bande de matériau vitrifié de dimension eoo suivant une première direction parallèle à une génératrice de la paroi de l'instrument et d'épaisseur Zs selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction. Le rayon de courbure R de la surface gauche constituant le fil est de la forme R= Zs

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R = Zs

1 - sin |)

La bande de matériau vitrifié et la surface gauche constituant le fil présentent une rugosité inférieure à 5 |im.

L'invention peut être utilisée pour toute opération d'ébavurage ou d'émorfilage de pièces mécaniques ou d'instruments en matériaux tels que notamment métaux, aciers spéciaux, alliages, verre, obsidienne, céramiques, corindons, métaux frittés.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après où les cotes et proportions relatives n'ont pas été respectées afin d'assurer une meilleure compréhension et dans lesquels:

la fig. 1 est relative à l'art antérieur,

les fig. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g sont relatives au procédé selon l'invention et à différents paramètres d'étapes de ce procédé,

les fig. 3a et 3b sont relatives à un procédé de fabrication d'instruments tranchants du type instrument de chirurgie permettant un émorfilage du fil de l'instrument conformément à l'invention,

les fig. 4a à 4d représentent un dispositif de mise en œuvre du procédé et des détails de réalisation de ce dispositif conformément à l'invention,

la fig. 5 représente un autre détail de réalisation du dispositif représenté fig. 4a,

la fig. 6 représente une variante de réalisation du dispositif selon l'invention représenté fig. 4a,

les fig. 7a à 7c représentent différents types d'instruments acérés obtenus par le procédé conformément à l'invention.

Selon la fig. 2a, le procédé d'ébavurage d'une pièce mécanique selon l'invention consiste, après usinage de la pièce comportant de ce fait des arêtes vives et/ou des arêtes d'angle interne, à focaliser sur ces arêtes de la pièce un faisceau de rayonnement laser 100 de densité de puissance comprise entre 10e et 108 W/cm2. Le faisceau de rayonnement laser permet de provoquer au point de focalisation une fusion et une volatilisation des ébarbures de l'arête. Un déplacement relatif du spot de focalisation du faisceau laser et des arêtes de la pièce est assuré sur la totalité des arêtes à une vitesse de déplacement déterminée. Le faisceau laser 100 a une répartition d'intensité la en fonction de la distance d à l'axe ZZ' du faisceau sensiblement uniforme, l'intensité maximale du faisceau étant distribuée au voisinage de l'axe.

Ainsi que représenté de manière non limitative en fig. 2a, le procédé selon l'invention est particulièrement adapté à l'émorfilage d'instruments tranchants ou acérés. Le procédé selon l'invention consiste, pour l'émorfilage de ces instruments après affûtage de ces derniers selon un angle d'aiguisage a déterminé afin de constituer le fil de coupe ou fil de l'instrument, à focaliser ledit faisceau de rayonnement laser sur la partie acérée de l'instrument. De préférence, et cela afin d'obtenir un traitement aussi homogène que possible sur toute la longueur du fil, l'axe du faisceau laser ZZ' et la tangente au fil de l'instrument repérée sur la fig. 2a par la direction x'x sont sensiblement concourants. Le spot de focalisation du faisceau laser 100 est déplacé sur la totalité du fil de l'instrument pour assurer la fusion du morfil dans la zone centrale du spot de focalisation du faisceau laser, l'axe ZZ' du faisceau laser et la tangente au fil x'x de l'instrument étant sensiblement maintenus concourants au cours de ce déplacement. Le déplacement du spot du faisceau laser permet en outre d'effectuer une vitrification des zones superficielles sous-jacen-tes du fil de l'instrument. La densité de puissance élevée et par cela la vitesse de déplacement du spot sur le fil de l'instrument permet un refroidissement rapide des couches superficielles en fusion après impact du faisceau laser, ce refroidissement donnant lieu à un phénomène analogue à celui de la trempe pour les métaux. Des gradients de température de l'ordre de 5 x 10® °C/s sont possibles dans l'acier par exemple. Les couches superficielles et le fil présentent de ce fait un aspect vitrifié et une dureté dans un rapport de 1 à 3, pour un matériau donné, par rapport aux parties de l'instrument non soumises au traitement. Le procédé selon l'invention permet également de contrôler la forme finale du fil de l'instrument ou de la pièce à traiter par déformation contrôlée du morfil en fusion du fait de la tension superficielle du matériau en fusion. Ainsi que représenté en fig. 2b, pour un instrument acéré comportant un angle d'aiguisage a déterminé, la vitrification d'une bande de matériau sur zone superficielle sous-jacente au fil de dimension eoo selon une première direction parallèle à une génératrice de la paroi de l'instrument et d'épaisseur Zs prédéterminée selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction permet la formation d'un fil de coupe constitué sensiblement par une surface gauche de rayon de courbure R, selon une section droite du fil, sensiblement égal à

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du fait des paramètres géométriques de l'instrument et de la déformation du matériau en fusion sous l'action de la tension superficielle du matériau fondu. La déformation de ce matériau se poursuit jusqu'à la formation d'une forme d'équilibre dont la surface de séparation avec le milieu extérieur, constituée par une surface gauche de rayon de courbure R sensiblement uniforme selon une section droite, forme le fil de l'instrument. Dans le cas d'une lame, la surface gauche est constituée par une surface hémicylindrique. Afin d'obtenir conjointement la vitrification des zones sous-jacentes au fil selon

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une dimension eoo suivant une génératrice de la paroi de l'instrument et sur une épaisseur Zs, le spot de focalisation du faisceau laser a un diamètre D=2eoo et le rayonnement laser est émis avec une puissance lumineuse dans laquelle la puissance lumineuse Pa est exprimée en watts, wo, R, Zs sont exprimés en centimètres et où K représente le coefficient de conductibilité thermique du matériau constituant l'instrument exprimé en watts par centimètre par degré C, Tv et Ts représentent respectivement la température de vaporisation et la température de fusion du matériau constituant l'instrument exprimées en degrés centigrades.

Corrélativement, le déplacement relatif du spot du faisceau laser est effectué à une vitesse linéaire

2 eoo

Vs =

T

où T représente pour chaque point de l'arête à traiter la durée de l'influence du faisceau laser.

8 eoo H /Tv — Ts X2 S ~ k R2 (1 - sin |)2 \Tv + 273/

k R2 /Tv + 273\2

avec T = (1 — sin ~)2 I ) (II)

4H 2 \Tv-Ts/

où H représente le coefficient de diffusivité thermique du matériau constituant l'instrument exprimé en centimètres carrés par seconde.

Le procédé selon l'invention permet la formation d'une surface unique uniforme formée par la surface gauche constituant le fil de l'instrument et par la bande de matériau vitrifié, chaque paroi étant soumise successivement à l'impact du faisceau laser, la surface unique uniforme constituant pour l'instrument une zone de coupe ou tranchant de rugosité typiquement voisine de 1 um en émission continue par exemple.

Les fig. 2c à 2g sont relatives à différents exemples de mises en œuvre du procédé selon l'invention compte tenu des paramètres d'émission laser.

Selon la fig. 2c, le rayonnement laser est émis en continu avec une puissance lumineuse Pa déterminée selon I. Pour un instrument d'acier d'angle d'aiguisage a = 15°, de longueur d'arête L = 1 cm, de rayon de courbure R= 1 |im et de largeur eoo = 15 |xm désirés, la densité de puissance du spot de focalisation

Pa la =

te eao2

est de 1,4-107 W/cm2, la puissance lumineuse Pa= 100 W et la vitesse Vs = 100 m/s. La durée de traitement

L

x = — =0,1 ms.

Vs

Conformément à la fig. 2d, l'émission laser continue est modulée par impulsions à une fréquence de modulation de l'ordre de 300 kHz. La puissance d'impulsion est de l'ordre de Pa= 100 W, chaque impulsion a une durée de l'ordre de 0,3 |is et une énergie de l'ordre de 30 nJ. La puissance moyenne rayonnée est environ 9 W et la vitesse de déplacement relatif du spot de focalisation est environ 9 m/s.

Selon une variante des paramètres d'émission laser représentée en fig. 2e, l'émission laser est une émission puisée de puissance lumineuse Pa par exemple égale à 100 W. Chaque impulsion laser a une durée x sensiblement égale au rapport

L

T ~ Vs de la longueur totale L du fil de l'instrument à la vitesse linéaire Vs de déplacement du spot de focalisation sur ce fil. L'énergie de chaque impulsion est égale au produit Pa x x.

Chaque impulsion laser peut, ainsi que représenté en fig. 2f, être également modulée à une fréquence de modulation voisine de 300 kHz, comme déjà représenté en fig. 2d.

Selon une variante adaptée au traitement d'instruments acérés du type aiguille, représentée en fig. 2g, l'émission laser consiste en une impulsion de puissance crête Pa déterminée selon I et de durée x = n R2 /Tv + 273V

(1 - sin S2 (III)

4H 2 \ Tv - Ts / V '

l'énergie résultante Ea est égale au produit Pa x x. Pour l'exemple d'une aiguille d'acier d'angle a; 15°, pour un rayon de courbure R= 1 um et pour une largeur de traitement <ao = 15 |im désirés, la densité de puissance Ia= 1,4 • 107 W/cm2 et la puissance Pa= 100 W, la durée de l'impulsion x=0,3 |is. Le spot de focalisation est maintenu sur la pointe de l'aiguille pendant toute la durée de l'impulsion.

Le procédé selon l'invention permet le traitement de pièces mécaniques ou d'instruments constitués par des matériaux non métalliques ou métalliques. Ce procédé est bien adapté à la fabrication de lames de rasoir, d'instruments de chirurgie acérés tels que bistouris, aiguilles de chirurgie cardiovasculaire, aiguilles de microchirurgie ophtalmique, aiguilles ou instruments de chirurgie dentaire. Conformément au procédé selon l'invention, la fabrication d'un instrument de chirurgie acéré consiste, à partir d'une tige d'acier spécial tel que, notamment, acier 455, 302, 304 et 420 présentant de bonnes caractéristiques mécaniques et thermiques pour la fusion par laser, à meuler la tige d'acier pour former un solide polyédrique comportant une pluralité de faces. Sur la fig. 3a, l'intersection deux à deux de ces faces 1010,1011 forme une arête vive d'angle d'aiguisage a déterminé selon une ligne continue, plane et de courbure déterminée. L'ensemble des arêtes vives du solide polyédrique constitue, après affûtage, le fil de l'instrument. Typiquement, le fil de tels instruments comporte des ébarbures pouvant atteindre 15 à 20 |am. Ces ébavures ne peuvent être facilement réduites par les procédés précités, les différents traitements utilisés à ce jour ne permettant qu'une réduction imparfaite jusqu'à 7 à 8 (im tout en provoquant le plus souvent un traitement global de la pièce ou de l'instrument qui a pour effet de rendre l'ensemble de celui-ci cassant. Les risques de rupture de l'instrument de chirurgie classique du type aiguille ne sont donc pas négligeables.

Conformément à l'invention, l'ensemble du solide polyédrique est soumis à un traitement de surface doux permettant un polissage fin de l'ensemble des faces du solide polyédrique. Typiquement, le traitement de surface est constitué par un polissage anodique.

Un faisceau de rayonnement laser 100 de densité de puissance la comprise entre 10e et 108 W/cm2 est ensuite focalisé sur au moins un point des arêtes vives du solide polyédrique. L'axe du faisceau laser d'intensité maximale et la tangente à la courbe de l'arête vive sont sensiblement concourants. Le spot de focalisation est ensuite déplacé sur la totalité du fil de l'instrument, l'axe du faisceau laser et la tangente à la courbe étant sensiblement maintenus concourants au cours du déplacement pour entraîner la fusion du morfil dans la zone centrale du faisceau laser et une fusion des zones superficielles sous-jacentes du fil. Le faisceau laser est focalisé selon un spot de diamètre 2 eao permettant une vitrification d'une zone superficielle du matériau de l'instrument de dimension eoo suivant une direction parallèle à une génératrice G de la paroi de l'instrument et d'épaisseur Zs selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction. Le faisceau laser entraîne la fusion du morfil et la formation d'un fil de coupe constitué par une surface gauche de rayon de courbure, selon une section droite, égal à

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ce rayonnement laser étant émis avec une puissance lumineuse donnée selon la relation I précédemment décrite. Conjointement, le déplacement du spot de focalisation est effectué à une vitesse linéaire Vs donnée par la relation II précédente.

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De préférence, l'émission laser est effectuée en mode TEMoo, l'intensité du rayonnement en fonction de la distance à l'axe du faisceau étant sensiblement répartie selon une courbe de Gauss.

Cette distribution permet avantageusement une volatilisation des ébavures et la fusion des zones sous-jacentes aux arêtes vives.

La fig. 4a est relative à un mode de réalisation non limitatif d'un dispositif permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Selon la fig. 4a, ce dispositif comprend des moyens 1 d'engendrer le faisceau de rayonnement laser 100. Ces moyens 1 comportent par exemple une tête d'émission laser 10 émettant un faisceau 100 de densité de puissance moyenne Pa (relation I). La tête d'émission laser 10 peut être une tête d'émission laser continue et comporte par exemple un laser à gaz C02, ou à argon, ou un laser à corps solide Nd YAG. Les moyens d'engendrer le rayonnement laser comportent en outre, selon une première variante de réalisation représentée en fig. 4a, des moyens de modulation 11 de l'émission laser par impulsions à une fréquence voisine de 300 kHz. Chaque impulsion a une durée de l'ordre de 0,3 us. La puissance et l'énergie des impulsions sont déterminées d'après des relations I et III, l'énergie Ea=Pa x t. Pour une description plus détaillée de ce type de têtes d'émission on pourra se reporter notamment à la demande de brevet allemand (DOS) N° 2606209 au nom de la requérante. Selon une autre variante de réalisation, la tête d'émission laser 10 permet une émission laser puisée de puissance Pa. Chaque impulsion laser a une durée t sensiblement égale au rapport

T~ Vs de la longueur du fil de l'instrument à traiter à la vitesse linéaire Vs de déplacement du spot de focalisation sur ce fil. L'énergie de chaque impulsion est typiquement égale au produit Pa x t. Les moyens de modulation 11 permettent éventuellement également une modulation des impulsions laser à une fréquence de modulation voisine de 300 kHz. Selon une variante non limitative du dispositif permettant le traitement d'un instrument acéré du type aiguille de section circulaire, la tête d'émission laser puisée permet d'engendrer de simples impulsions d'énergie et de durée déterminées d'après les paramètres exigés R et wo. Selon une variante préférentielle du dispositif selon l'invention, la tête d'émission laser émet un faisceau de rayonnement laser en mode TEMoo. La répartition d'intensité du faisceau en fonction de la distance à l'axe de ce dernier est sensiblement distribuée selon une courbe de Gauss et permet une vitrification des zones superficielles sous-jacentes au fil selon une épaisseur Zs régulièrement décroissante en fonction de la distance au fil de l'instrument. Pour une description plus détaillée de ces têtes d'émission, en particulier de têtes d'émission comprenant un laser à corps solide Nd YAG, on se reportera à la demande de brevet allemand (DOS) N° 2506343 au nom de la requérante.

Le dispositif selon l'invention représenté en fig. 4a comporte en outre des moyens de focalisation 2 du faisceau laser sur les arêtes, arêtes vives ou gorges de la pièce mécanique 101. Sur la fig. 4a, les moyens de focalisation 2 sont représentés par un trait mixte référencé 2, lien fonctionnel entre une lentille convergente 20 assurant la focalisation effective du faisceau laser 100 et un détecteur 21 disposé dans l'axe du faisceau et permettant le contrôle de la focalisation effective du spot de focalisation sur l'arête à traiter dans les conditions précédemment décrites. La longueur focale F de cette lentille est donnée par selon les exigences du diamètre du spot de focalisation, où 0 est la divergence du faisceau, 0 est de l'ordre de 0,2 à 2 -10-3 pour un laser YAG et de 0,8 à 8 • 10 ~3 pour un laser C02. Selon la fig. 4a, le détecteur 21 est placé en aval du spot de focalisation du faisceau laser sur l'axe de ce faisceau et délivre, pour une focalisation convenable du spot sur l'arête, un signal de référence représentatif de la coïncidence en intersection de l'axe ZZ' du faisceau laser et de la tangente à la courbe de l'arête.

Le dispositif selon l'invention représenté en fig. 4a comporte en outre des moyens 3 d'assurer un déplacement relatif sur les arêtes de la pièce mécanique du spot de focalisation à vitesse déterminée.

Sur la fig. 4a, les moyens 3 d'assurer le déplacement relatif du spot et des arêtes a été représenté par un trait mixte 4, lien fonctionnel entre une cellule de déflexion 31 en x, y du faisceau laser, les directions x et y étant représentées sur la fig. 4a comme les directions parallèles à la tangente à l'arête de l'instrument 101 et la perpendiculaire à cette direction respectivement, et des moyens de déplacement 32 selon la direction 2 parallèle à l'axe ZZ' du faisceau laser. Les directions x, y, z forment un trièdre de référence. Ces moyens de déplacement 32 sont représentés en fig. 4a par une double flèche et sont constitués par exemple par tout moyen d'entraînement et de déplacement en translation dans la direction z de la lentille de focalisation 20 constituée par une lentille du type zoom, montée sur un chariot mobile dans cette direction et entraînée par un moteur d'entraînement. La cellule de déflexion 20 en x, y est à titre d'exemple non limitatif constituée par une cellule de déflexion électro-optique ou par un jeu de miroirs mobiles du type miroirs de galvanomètre. Les moyens de déflexion du faisceau laser ainsi décrits de manière non limitative permettent le déplacement du spot de focalisation sur la totalité du fil de l'instrument à une vitesse de déplacement déterminée.

Le dispositif selon l'invention comporte également des moyens 4 de commande du déplacement du spot de focalisation selon une loi de déplacement prédéterminée correspondant à la loi de courbure de la partie acérée de l'instrument. Selon la fig. 4a, l'instrument 101 est placé sur un support porte-instrument 91. Il est à noter que la quasi-totalité des instruments acérés, tels que les instruments de chirurgie, obtenus par meulage d'une tige métallique présentent des arêtes vives constituées par des courbes continues planes. L'orientation de chaque arête à traiter selon un plan x, y confondu avec le plan focal de la lentille de focalisation 20 est donc effectuée par la seule orientation du support porte-instrument. Dans ce cas, le déplacement du spot de focalisation se réduit à un déplacement dans le plan de focalisation, plan x, y, la lentille 20 étant choisie de préférence avec une grande focale, de l'ordre de 10 cm, de manière que, compte tenu des dimensions réduites des objets à traiter, la focalisation du faisceau soit effectuée sans aberration dans les conditions de Gauss. Dans le cas de l'ébavurage de pièces mécaniques quelconques, les moyens de déflexion du faisceau laser assurent cependant la focalisation de ce dernier sur la courbe gauche constituant l'arête à traiter. Un cas particulier concerne les pièces mécaniques telles que des forets d'alésage ou tarauds présentant une symétrie axiale de révolution à laquelle est superposée une configuration périodique spatialement constituée par l'arête de forage ou d'alésage. Dans ce cas, le spot de focalisation du faisceau laser est maintenu focalisé en un point fixe de la configuration périodique à traiter, un mouvement hélicoïdal étant sensiblement imprimé à la pièce par l'intermédiaire du support porte-pièce 91 constitué par exemple par un tour à chariot mobile en x. Dans le cas où ces pièces à géométrie particulière ont une section droite variable, la déflexion du faisceau laser se réduit à une déflexion plane (x, y) selon la courbe plane formée par l'intersection de la surface latérale de la pièce et d'un plan axial tel que le plan focal (x, y) de la lentille.

Ainsi que représenté en fig. 4a, les moyens de focalisation du faisceau laser comportent en outre un dispositif de visée de l'arête ou de la partie acérée de l'instrument comprenant un dispositif d'alignement auxiliaire 22 émettant un faisceau d'alignement 220 et un miroir semi-transparent 221 permettant la transmission conjointe du faisceau laser de traitement 100 et du faisceau d'alignement 220, les deux faisceaux ayant en aval du miroir 221 leurs axes confondus et des chemins optiques identiques. Le miroir semi-transparent est placé entre la cellule de déflexion 31 et les moyens d'émission 1, la cellule de déflexion 31 et la lentille de focalisation 20 assurant respectivement la transmission et la focalisation des faisceaux lasers et faisceau d'alignement sensiblement à l'identique. De préférence, le dispositif d'alignement auxiliaire 22 est constitué par un laser He Ne

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émettant un faisceau 220 de diamètre plus grand que celui du faisceau laser 100 afin d'assurer un recouvrement complet du spot de focalisation du faisceau laser 100 par le spot du faisceau d'alignement.

Après focalisation du spot en un point initial de l'arête x0, y0, z0 déterminé par le dispositif de visée, les moyens de commande 4 permettent de délivrer, aux moyens de déflexion 3 et principalement à la cellule de déflexion 31 et aux moyens de déplacement 32 du spot de focalisation selon la direction z, des signaux x (t), y (t), z (t) de déplacement du spot selon la loi de courbure f (x, y, z) par rapport à un référentiel fixe (x0, y0, z0) de l'arête de la pièce à traiter. Bien entendu, les signaux x (t), y (t), z (t) sont déterminés pour un type de pièce à traiter compte tenu des paramètres de positionnement initial de l'instrument ou pièce 101 sur le support porte-instrument 91.

Tout mode de réalisation dans lequel, d'une part, l'ensemble des signaux x (t), y (t), z (t) ou, d'autre part, une partie seulement de ces signaux, par exemple les signaux x (t), y (t), sont délivrés à un moteur d'entraînement du support porte-instrument 91, le signal z (t) étant maintenu constant ou simplement supprimé, ne sort pas du cadre de la présente invention, ainsi que décrit précédemment.

Le fonctionnement global de l'appareil selon l'invention représenté en fig. 4a est le suivant: le faisceau d'alignement 220 permet le réglage du point de focalisation de la lentille de focalisation 20 selon le système de coordonnées x0, y0, z0 et consécutivement du faisceau laser de traitement 100. La détection du point de focalisation est effectuée par le détecteur 21 qui délivre lors de la focalisation convenable du faisceau d'alignement, donc du faisceau laser de traitement, un signal de référence aux moyens de commande 4. Le signal de référence agit par exemple par l'intermédiaire des moyens de commande 4 sur la cellule de déflexion 31 et plus précisément au niveau de la déflexion en y de manière à provoquer en xQ, y0, z„ à l'origine la coïncidence, en intersection, de l'axe ZZ' du faisceau. Après stabilisation du système, la constante de temps du système peut être choisie très inférieure au Yiooo de seconde, les moyens de commande 4 délivrent selon une séquence déterminée pour un type d'instrument ou de pièce les signaux x (t), y (t), z (t) aux moyens de déflexion 3 entraînant le déplacement du point de focalisation des spots des faisceaux d'alignement 220 et du faisceau de traitement 100 selon la loi de courbure de l'arête de l'instrument 101. Pour des profils d'instruments complexes, plusieurs séquences de traitement peuvent être nécessaires. En tout état de cause, l'appareil selon l'invention permet le traitement d'un nombre de pièces du type aiguille chirurgicale pouvant atteindre 150 pièces à la minute.

Selon un détail de réalisation de l'invention représenté en fig. 4b, les moyens de déplacement 32 selon la direction 3 du spot de focalisation du faisceau laser sont constitués par un anneau de quartz piézoélectrique 321 solidaire du châssis ou banc optique 30 du dispositif. L'anneau de quartz piézo-électrique 321 sert de support à la lentille 20, tous deux ayant leurs axes confondus avec l'axe ZZ' du faisceau laser 100. L'anneau de quartz piézo-électrique 321 comporte des électrodes 322 et 323 sur lesquelles peut être appliquée une tension de commande. Une tension continue de commande appliquée sur les électrodes 321, 322 permet d'obtenir un déplacement proportionnel selon la direction ZZ' de la lentille 20 et du point de focalisation. Ce dispositif permet soit la commande de déplacement du spot de focalisation selon la direction ZZ' pour des déplacements faibles de l'ordre de quelques centièmes de millimètre, soit l'asservissement de la focalisation du spot selon la direction z par contrôle des défauts de focalisation par le détecteur 21 selon cette direction.

Selon un autre détail de réalisation de l'invention représenté en fig. 4c, le détecteur 21 est constitué selon une direction parallèle à la direction y par un réseau de photodiodes 211,212, 213. Le détecteur comprend par exemple au moins trois photodiodes de manière non limitative. Chaque photodiode délivre respectivement pour chaque tache de diffraction tl512, t3 du faisceau d'alignement ou/et du faisceau laser de traitement délivrée par l'arête de l'instrument à traiter un signal élémentaire Se!, Se2, Se3 d'amplitude déterminée pour une focalisation convenable du spot du faisceau laser. L'ensemble des signaux élémentaires permet de constituer le signal de référence Sr. A cet effet, un circuit logique 214 délivre le signal de référence Sr en présence de l'ensemble des signaux élémentaires Sel5 Se2, Se3, donc des taches de diffraction sur les photodiodes 211, 212, 213. A titre d'exemple non limitatif, le circuit logique 214 comporte au moins trois portes 2141, 2142, 2143 logiques ET recevant chacune les signaux élémentaires Se1; Se2, Se3. L'une de ces portes ET, la porte 2141 par exemple, reçoit les signaux Se! et Se3 par l'intermédiaire d'un comparateur à seuil maximal 401 et par l'intermédiaire d'un comparateur à seuil minimal 403, le signal Se2 étant délivré directement à la porte 2141. La porte 2142 reçoit le signal délivré par le comparateur à seuil minimal 403 par l'intermédiaire d'un inverseur logique 502, le signal Se2 et le signal délivré par le comparateur à seuil maximal 401. La porte ET 2143 reçoit le signal Se2 et le signal délivré par le comparateur à seuil maximal 401. La porte ET 2143 reçoit le signal Se2, le signal délivré par le comparateur à seuil maximal 401 par l'intermédiaire d'un inverseur logique 503 et le signal délivré par le comparatuer à seuil minimal 403. Les portes ET 2141, 2142 et 2143 ont leur sortie reliée à l'entrée d'un amplificateur sommateur 2144.

Le fonctionnement du dispositif représenté en fig. 4c est le suivant: en présence d'une focalisation convenable du spot du faisceau laser, c'est-à-dire lors de l'intersection de la tangente x au fil de l'instrument et de l'axe ZZ' du faisceau, les taches de diffraction t,, t2, t3, d'intensité I1; I2,13 coïncident exactement avec les diodes 211, 212 et 213 qui délivrent respectivement un signal Sei, Se2, Se3. Les seuils du comparateur à maximums 401 et du comparateur à minimums 403 sont tels que les signaux délivrés par ces comparateurs en présence des signaux Se, et Se3 ont un niveau logique 1, l'amplitude du signal Se2 pouvant être pris par exemple comme niveau logique 1 de référence. La porte ET 2141 délivre un signal logique de niveau logique 1, Sr, ='Se1 x"§è2 xi5è3. Ce signal Isr, de niveau logique 1 a typiquement une amplitude Sr, =V donnée représentative de la focalisation convenable du faisceau. Les portes 2142 et 2143 sont alors alimentées par le signal Se2 de niveau logique 1 et par les inverseurs logiques 502 et 503 respectivement constitués par exemple par des bascules bistables, lesquelles délivrent aux deux portes précitées des signaux logiques de niveau 0. Les portes 2142 et 2143 délivrent un signal logique Sr2 = Se, x Se2 x Se3 et lSr3 = Se, x §e2 x Sè3 de niveau logique 0. De préférence, l'amplitude du signal de niveau logique 0 délivré par les portes 2142 et 2143 peut être choisie égale à la tension de référence du dispositif par tout circuit de correction bien connu de l'homme de l'art et qui, par conséquent, ne sera pas décrit ici. L'amplificateur sommateur 2144 délivre, lors de la focalisation convenable du spot, le signal d'amplitude Sr=Sr, = V.

Lors d'une focalisation défectueuse du spot, par exemple vers les y négatifs, une défocalisation — 8y du spot a pour conséquence la délivrance par la photodiode 213 d'un signal d'amplitude Se3—5s inférieure au seuil du comparateur à minimums 403, lequel, déclenché, délivre un signal §e3 de niveau logique 0. L'amplitude du signal Se, reste cependant suffisante pour ne pas entraîner le déclenchement du comparateur à maximums 401, ce comparateur délivrant dans ce cas le signal logique Se,. Les portes ET 2141 et 2143_recevant ce signal délivrent un signal logique ÌSr, =§e, x §e2 x Se3 et Sr2=Sè1 xSè2 xSè3 de niveau logique 0, quelle que soit l'amplitude plus faible du signal Se,. La porte ET 2142 recevant le signal Se3 rétabli par l'inverseur logique 502 délivre un signal logique §r2=Se, x Sè2 x5i3 de niveau logique 1. L'amplitude de ce signal logique délivré par la porte 2142 peut être choisie par exemple égale à Sr2 = V—5V où 8 V représente l'incrément de résolution Sy limite acceptable pour le spot de focalisation, l'amplificateur sommateur 2144 délivrant un signal d'amplitude Sr=Sr2 = V—8V. Dans le cas d'une focalisation défectueuse du spot du faisceau vers les y positifs, une défocalisation + 8y du spot a pour conséquence la délivrance par la photodiode 211 d'un signal Se, + 8s supérieur au seuil du comparateur à maximums 401, lequel, déclenché, délivre un signal Se, de niveau logique 0. L'amplitude du signal Se3, plus grande, n'entraîne pas le déclenchement du comparateur à minimums 403,

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lequel délivre le signal Sè3. La porte ET 2143 recevant le signal logique Se, rétabli par l'inverseur logique 503 délivre un signal logique Sr2=Sêi x Sè2 x Se3 de niveau logique 1. L'amplitude de ce signal logique délivré par la porte 2143 peut être choisie par exemple égale à Sr3 = V+SV où 5V représente l'incrément de résolution 5y limite acceptable pour le spot de focalisation. L'amplificateur sommateur 2144 délivrant un signal d'amplitude Sr3=V + AV, les portes 2141 et 2142 délivrant un signal logique S 21 et S 22 respectivement de niveau logique 0 pour lesquels l'amplitude a été choisie nulle ainsi que décrit précédemment.

Les différents signaux délivrés ci-après pour une dèfocalisation ± 5y sont représentés en fig. 4dl à 4d5, ainsi que décrit précédemment. Un tel système de détection permet notamment de s'affranchir au maximum de la résolution spatiale du réseau de photodiodes suivant la direction y, l'incrément de résolution de la chaîne de détection 8V pouvant être rendu minimal compte tenu du gain de bouche de la chaîne, qui peut être choisi arbitrairement grand.

De préférence, le détecteur 21 a selon la direction x une dimension sensiblement identique à celle de l'instrument à traiter. Pour les instruments de grande dimension selon cette direction, de l'ordre de la moitié de la distance focale de la lentille convergente 20, une lentille convergente hémicylindrique 22 permet la focalisation des taches de diffraction sur le détecteur, quelle que soit la position du spot du faisceau laser au cours de son déplacement. Tout mode de réalisation dans lequel le réseau de diodes est remplacé par un tube vidicon ne sort pas du cadre de la présente invention.

Selon un détail de réalisation représenté en fig. 5, les moyens de commande 4 de déplacement du spot de focalisation comportent un générateur de fonction 41 délivrant sur les entrées de commande de déviation en x et en y de la cellule de déflexion 31 respectivement un signal x (t) et y (t), et à l'entrée de commande du système 32 de déplacement en Z de la lentille de focalisation 20 un signal z (t). Les signaux x (t), y (t), z (t) sont en coordonnées paramétriques fonction du temps représentatifs à chaque instant, pour une séquence relative à un instrument, de la loi de courbure de l'arête ou partie acérée de l'instrument. Le générateur de fonction est par exemple constitué par trois générateurs de fonctions analogiques 41a, 41b, 41c, synchronisés par un signal Sy délivrant respectivement les signaux x (t), y (t), z (t) pour une séquence de traitement. Un circuit de prépositionnement automatique du spot de focalisation 42 délivre au générateur de fonction 41 sur une première entrée 410, dite de commande, un signal de prépositionnement du spot de focalisation. Le générateur de fonction 41 reçoit sur une deuxième entrée 411, dite de correction, le signal de référence Sr délivré par le détecteur de rayonnement laser, principalement par le circuit logique 214. Le signal de prépositionnement a par exemple une amplitude égale à V et la différence entre l'amplitude du signal de référence V±8V et l'amplitude du signal de prépositionnement effectuée par un sommateur 412 est par exemple additionnée en 414 au signal délivré par le générateur de fonction analogique appliqué aux entrées de commande de déflexion suivant la direction y. La focalisation du spot du faisceau laser selon la direction y est ainsi asservie à la courbure de l'arête de l'instrument à traiter par la chaîne de détection constituée par le détecteur 21, le circuit logique 214, le circuit de commande 4 et la cellule de déflexion 31.

Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention représenté en fig. 5, les moyens de commande 4 comportent en outre un circuit 43 de commande auxiliaire de la vitesse de déplacement du spot de focalisation. Le circuit de commande auxiliaire 43 délivre au générateur de fonction 41, sur une troisième entrée 413, un signal ajustable par l'opérateur, signal de la forme yjx'2 + y'2 + -z!2 = Q, (IV)

où Q est sensiblement égal à Vs vitesse linéaire de déplacement du spot sur l'arête et dans lequel x', y', z' représentent les dérivées pre- . mières par rapport au temps dx dy dz dt' dt' dt'

des signaux x (t), y (t) et z (t).

A titre d'exemple non limitatif, chaque générateur de fonction analogique reçoit respectivement le signal x', y', z', le circuit de commande auxiliaire imposant la relation (IV) précitée. Dans ce cas, les générateurs de fonction analogiques précités sont constitués par des intégrateurs munis d'une remise à 0 commune permettant leur synchronisation Sy, le circuit de commande auxiliaire consistant par exemple en un calculateur programmable et en un convertisseur numérique analogique. Ces dispositifs ne seront pas décrits, car bien connus de l'homme de l'art.

La fig. 6a est relative à une variante de réalisation du dispositif selon l'invention tel que représenté en fig. 4. Dans la fig. 6a, les mêmes références représentent les mêmes éléments que dans la fig. 4. Suivant la fig. 6a, les moyens de focalisation 3 comportent en outre un miroir sphérique 33 de réflexion du faisceau laser de traitement 100 et du faisceau laser d'alignement 221. Le miroir sphérique permet la transmission en sens opposé selon un chemin optique identique des faisceaux lasers réfléchis au travers de la cellule de déflexion 31.

Une lentille de focalisation auxiliaire 24 permet la focalisation du faisceau laser réfléchi sur le détecteur 21 par l'intermédiaire d'au moins un miroir semi-transparent, le miroir 221. Un deuxième miroir semi-transparent 222 permet successivement la transmission vers la cellule de déflexion 31 et vers la lentille de focalisation du faisceau d'alignement.

Le dispositif représenté en fig. 6a fonctionne de manière analogue à celui décrit en fig. 4. Le choix d'un miroir sphérique 33 de grand diamètre d'ouverture et de distance focale comparable à celle de la lentille 20, c'est-à-dire environ la dimension maximale de l'instrument à traiter, permet un traitement de cet objet de manière analogue au traitement mis en œuvre par le dispositif selon la fig. 4.

Le dispositif selon la fig. 6a est cependant particulièrement bien adapté pour le traitement des pointes acérées des aiguilles de section circulaire et des arêtes vives, le traitement thermique étant symétrique à l'arête. L'avantage du dispositif de la fig. 6a est la simplicité du détecteur de positionnement, le spot de focalisation du rayon réfléchi restant fixe sur le détecteur 21.

Tout mode de réalisation différent dans lequel le détecteur est placé hors de l'axe du faisceau laser incident et agissant par réflexion, par exemple, ne sort pas du cadre de la présente invention.

En particulier, la fig. 6b représente un mode de réalisation particulier du dispositif de mise en œuvre du procédé, dispositif particulièrement adapté à l'ébavurage des angles internes ou gorges de pièces mécaniques. Selon la fig. 6b, le dispositif suivant l'invention comporte un système optique de détection de positionnement 2 en réflexion qui comporte en outre deux lentilles 20' et 20" permettant la formation d'image de spots lumineux issus du spot de focalisation du faisceau de traitement laser 100 ou/et du faisceau d'alignement 220 sur le détecteur 21, ces deux faisceaux étant réfléchis par un point ou surface élémentaire Si d'une arête à traiter constituée par un angle interne, ainsi que représenté en fig. 6b, d'une pièce mécanique 101 portée par l'outil porte-pièce instrument 91. Les deux lentilles 20 et 20' sont de manière non limitative mécaniquement solidaires par une liaison structurelle schématisée par 200 et de préférence disposées symétriquement par rapport à un plan de référence P de l'architecture mécanique du dispositif. Le plan P peut, par exemple, être le plan horizontal. Une lentille auxiliaire 20" permet, par exemple, de focaliser le rayonnement réfléchi noté 100' et 220' transformé en un faisceau sensiblement parallèle par la lentille 20' choisie à cet effet, de manière non limitative, de même focale que la lentille 20, sur le détecteur 21, la lentille 20" pouvant rester fixe par rapport au détecteur 21. Une deuxième cellule de déflexion 31' est interposée sur le trajet du rayonnement réfléchi, de préférence entre les lentilles 20' et 20" ou entre lentille 20' et détecteur 21 en l'absence de lentille auxiliaire 20". La deuxième cellule de déflexion 31' est alimentée,

s

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45

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55

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65

par exemple, directement en parallèle avec la cellule de déflexion 31 dans le cas de l'utilisation d'une lentille auxiliaire 20".

Le dispositif représenté en fig. 6b fonctionne de manière analogue au dispositif décrit précédemment. Le fonctionnement du système de focalisation sur l'arête à traiter fonctionnant par réflexion, la détermination de l'intersection de l'axe du faisceau de traitement 100 et de l'arête à traiter ne peut être effectuée par détection des taches de diffraction.

Pour obtenir une détection satisfaisante de la focalisation, une modulation périodique suivant la direction y de la déflexion du faisceau de rayonnement réfléchi 100' ou 220' est effectuée. A cet effet, un générateur de signaux sinusoïdaux, par exemple 310, permet de superposer au signal de déflexion y appliqué à la deuxième cellule de déflexion 31' un signal de modulation SM par un sommateur 311. Le détecteur 21, constitué par exemple par un tube vidicon, comporte en outre un circuit de détection constitué par exemple par un circuit classique de détection à diodes permettant de délivrer un signal continu proportionnel à la valeur moyenne de l'intensité du faisceau réfléchi modulé représentatif de la focalisation du faisceau incident par rapport à l'arête à traiter. Ce signal continu est délivré aux moyens de commande 4. Le signal de modulation SM a une amplitude entraînant une déflexion en y An et une fréquence FM telles que AM x FM > 10 Vs par exemple. Les moyens de commande 4 commandent, compte tenu du programme de déplacement relatif du spot du faisceau de traitement en x, y, deux moteurs auxiliaires 41 et 42 permettant l'orientation en site ß et en gisement y des supports porte-instrument ou pièce et de la pièce à traiter. Les moteurs auxiliaires 41 et 42 permettent à chaque instant d'assurer une orientation convenable de la pièce à traiter. De préférence, les moteurs 41 et 42 permettent d'orienter le plan bissecteur Pi de l'angle dièdre de la gorge ou arête interne à traiter au point Si, ce plan Pi étant maintenu confondu avec le plan P de référence d'architecture du dispositif. En cas de défocalisation du spot ainsi que représenté en fig. 6c en II, la modulation de la déflexion en y du faisceau réfléchi, réfléchi dissymétriquement par la gorge, entraîne la détection par le détecteur 21 d'un signal détecté de valeur moyenne non nulle et la correction correspondante par les moyens de commande 4, ainsi que décrit précédemment. Le faisceau d'alignement peut également être décalé spatialement en avant par rapport au déplacement relatif du spot dans le cas de l'émission continue ou temporellement dans le cas d'émission laser par impulsion, l'émission laser de traitement étant retardée par rapport à l'émission du faisceau d'alignement engendré par un laser He Ne, les deux étant synchronisés, sans sortir du cadre de la présente invention.

Les fig. 7a à 7c sont relatives à différents types d'instruments obtenus par la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Suivant la fig. 7a, un instrument acéré 101 d'angle d'aiguisage a déterminé soumis au traitement selon l'invention comporte un fil de coupe 102 constitué par une surface gauche de rayon de courbure R, dans une section droite, sensiblement uniforme. La zone sous-jacente du fil 103 comporte sur la paroi de l'instrument une bande de matériau vitrifié de dimension mo suivant une première direction parallèle à une génératrice G de la paroi de l'instrument. La bande de matériau vi640 448

trifié a une épaisseur Zs selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction. Le rayon de courbure R de la surface gauche constituant le fil est de la forme

1

R = Zs

1 - sin |)

La bande de matériau vitrifié et la surface gauche constituant le fil constituent une surface continue uniforme présentant une rugosité, ou grain, voisine de 1 |im.

De tels instruments présentent donc un tranchant constitué par le fil et par la zone vitrifiée exempt de toute ébarbure. Le tranchant est constitué du fait du phénomène analogue à la trempe précédemment décrit, par un matériau de dureté environ trois fois supérieure à la dureté du matériau constituant l'instrument et non soumis au traitement laser.

Ainsi que représenté en fig. 7b, dans le cas d'un instrument du type lame à fil rectiligne, le fil en tant que tel est constitué par une surface hêmicylindrique. La section droite du fil est constituée par un rayon R de courbure

1

Une variante de réalisation est représentée en fig. 7c dans le cas où l'instrument est constitué par une aiguille du type aiguille chirurgicale comportant une pluralité d'arêtes vives et une pointe aiguë constituant le fil de l'instrument. Les arêtes vives sont par exemple constituées par l'intersection deux à deux de surfaces planes ou gauches délimitant un polyèdre. Le fil de l'instrument est constitué d'une part au niveau des arêtes vives par une surface sensiblement hémicylindrique 102. La section droite du fil au niveau de ces arêtes est constituée par un demi-cercle de rayon R et au niveau de la pointe aiguë par une surface gauche de même rayon de courbure R uniforme de la forme

1

La zone sous-jacente du fil comporte sur la paroi de l'instrument, de part et d'autre du fil sur chaque surface concourante constituant une arête, une bande de matériau vitrifié de dimension eoo suivant une première direction parallèle à une génératrice de la paroi ou des surfaces de l'instrument. La bande de matériau a une épaisseur Zs dans une direction perpendiculaire à cette première direction. Les bandes de matériau vitrifié et les surfaces constituant le fil forment une surface continue uniforme présentant une rugosité ou grain voisine de 1 (am et constituent le tranchant de l'instrument.

De telles aiguilles chirurgicales sont d'un intérêt d'utilisation très important dans le domaine de la microchirurgie ophtalmologique et de la chirurgie cardiovasculaire ou esthétique du fait que leur traitement local leur assure une précision de coupe incomparable sans toutefois augmenter le risque de rupture de ces aiguilles à un niveau comparable à celui des aiguilles qui ont subi, dans un but analogue, un traitement global tel que traitement thermique ou autre.

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r

5 feuilles dessins

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Procédé d'ébavurage ou d'émorfilage d'une pièce mécanique comportant une arête constituée par l'intersection de deux faces, caractérisé en ce qu'il consiste à

— émettre un faisceau de rayonnement laser (100) de densité de puissance comprise entre IO6 et 108 W/cm2,

— focaliser sur l'arête le faisceau laser (100) de manière que l'axe du faisceau laser et la tangente à l'arête soient sensiblement . concourants, et

— déplacer l'un par rapport à l'autre à une vitesse déterminée le spot de focalisation du faisceau laser (100) et l'arête.
2. Procédé selon la revendication 1 pour obtenir, en outre, une vitrification d'une zone superficielle du matériau de la pièce ayant une dimension (bo suivant une première direction parallèle à une génératrice de l'une des faces et une épaisseur Zs déterminée selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction, caractérisé en ce qu'il consiste à focaliser le faisceau de rayonnement laser (100) de manière que le spot de focalisation ait un diamètre 2 eoo, à émettre le rayonnement laser avec une puissance lumineuse Pa déterminée par l'équation

2 ti wo2 K (Tv - Ts)

Pa =

R(1 — sin |)

dans laquelle

— a est l'angle formé par les deux faces,

Zs

— R = est le rayon de courbure de la surface

(1 — sin |)

constituant l'arête,

— K représente le coefficient de conductibilité thermique du matériau constituant la pièce, et

— Tv et Ts représentent respectivement la température de vaporisation et la température de fusion du matériau constituant la pièce, exprimées en degrés centigradres, et à déplacer le spot du faisceau laser (100) à une vitesse linéaire déterminée par l'équation

8 wo H / Tv — Ts\2

S ~ ît R2 (1 - sin|)2 \Tv + 273/

dans laquelle H représente le coefficient de diffusivité thermique du matériau constituant la pièce.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau laser (100) est émis en mode TEMoo, l'intensité du rayonnement étant sensiblement distribuée selon une courbe de Gauss en fonction de la distance à l'axe du faisceau.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau laser (100) est émis en continu.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'émission du faisceau laser (100) est modulée par des impulsions ayant une fréquence voisine de 300 kHz.
6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à émettre le faisceau de rayonnement laser (100) sous la forme d'une suite d'impulsions ayant chacune une durée t sensiblement égale au rapport

Vs dans lequel L est la longueur totale de l'arête.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque impulsion laser est modulée à une fréquence de modulation voisine de 300 kHz.
8. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend:

— des moyens (1) pour engendrer un rayonnement laser (100) de densité de puissance comprise entre 10® et 108 W/cm2,

— des moyens (2) pour focaliser le faisceau laser (100) sur l'arête de manière que l'axe du faisceau laser (100) et la tangente à l'arête soient sensiblement concourants, et

— des moyens (3) pour déplacer l'un par rapport à l'autre à une vitesse déterminée le spot de focalisation du faisceau laser (100) et l'arête.
9. Dispositif selon la revendication 8 pour obtenir en outre la vitrification d'une zone superficielle de matériau de l'instrument ayant une dimension eoo suivant une première direction parallèle à une génératrice de la paroi de la pièce et une épaisseur Zs déterminée selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction, caractérisé en ce que les moyens (1) pour engendrer un rayonnement laser comportent une tête d'émission laser (10) émettant le faisceau laser avec une puissance lumineuse Pa déterminée par l'équation

2% tao2 K (Tv — Ts)

Pa = -

R(1 -sinf)

dans laquelle

— a est l'angle formé par les deux faces,

Zs

— R = est le rayon de courbure de la surface

(1-sinf)

constituant l'arête,

— K représente le coefficient de conductibilité thermique du matériau constituant la pièce, et

—• Tv et Ts représentent respectivement la température de vaporisation et la température de fusion du matériau constituant la pièce, exprimées en degrés centigrades,

et en ce que les moyens (4, 31) de déplacement comportent des moyens pour ajuster la vitesse de déplacement à une valeur déterminée par l'équation

8 eoo H /Tv -Ts V S ~ Jt R2 (1 — sin S)2 \Tv + 273/

dans laquelle H représente le coefficient de diffusivité thermique du matériau constituant la pièce.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la tête d'émission laser (10) comporte des moyens pour émettre le faisceau laser (100) en continu.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens (10) pour engendrer un rayonnement laser comportent en outre des moyens (11) de modulation de l'émission laser par des impulsions ayant une fréquence voisine de 300 kHz.
12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (1) pour engendrer un rayonnement laser comportent des moyens (11) pour émettre le faisceau laser (100) sous la forme d'une suite d'impulsions ayant chacune une durée t sensiblement égale au rapport

Vs dans lequel L est la longueur totale de l'arête.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens (1) pour engendrer un rayonnement laser comportent des moyens (11) pour moduler les impulsions à une fréquence voisine de 300 kHz.
14. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la tête d'émission laser (10) émet un rayonnement laser en mode TEMoo, l'intensité du rayonnement étant sensiblement distribuée selon une courbe de Gauss en fonction de la distance à l'axe du faisceau.
15. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens (2) pour focaliser le faisceau laser (100) comportent:

— un dispositif de visée de l'arête comportant des moyens (22) pour émettre un faisceau d'alignement (220) et au moins un miroir semi-transparent (221) pour rendre le faisceau d'alignement concentrique au faisceau laser,

— une lentille (20) pour focaliser le faisceau laser (100) et le faisceau d'alignement (220) sur au moins un point de l'arête, et

— un détecteur de rayonnement laser (21) délivrant un signal de référence (Sr) représentatif de la focalisation du faisceau laser (100) ou du faisceau d'alignement (220) sur l'arête.

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16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que le détecteur (21) est constitué par:

— un réseau de photodiodes (211, 212, 213) délivrant respectivement pour chaque tache de diffraction du faisceau laser par l'arête un signal élémentaire (se 1, se 2, se 3) d'amplitude déterminée, et

— un circuit logique (214) délivrant le signal de référence (Sr) en réponse à l'ensemble des signaux élémentaires (se 1, se 2, se 3).
17. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens (3) de déplacement comportent:

— une cellule de déflexion (31) du faisceau laser (100) dans une direction x définie comme étant une direction sensiblement parallèle à la tangente de l'arête et dans une direction y définie comme étant une direction perpendiculaire à cette direction x et à la direction Z de propagation du faisceau laser (100), la cellule de déflexion (31) étant disposée entre la tête d'émission laser (10) et la lentille de focalisation (20) et permettant en outre la transmission et la déflexion du faisceau d'alignement (220), et

— des moyens (32) de déplacement du spot de focalisation du faisceau laser selon la direction Z.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que la lentille de focalisation (20) est du type zoom et en ce que les moyens (32) de déplacement du spot de focalisation du faisceau laser (100) selon la direction Z comprennent des moyens (32) pour déplacer la lentille de focalisation (20) suivant la direction Z.
19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens (3) de déplacement comportent en outre:

— un générateur de fonction (4) délivrant un signal x (t), un signal y (t) et un signal z (t), les signaux x (t), y (t), z (t) étant en coordonnées paramétriques fonction du temps représentatif à chaque instant de la loi de courbure de l'arête, la cellule de déflexion (31) répondant aux signaux x (t) et y (t) pour déplacer le faisceau (100) dans les directions x et y respectivement, et les moyens (32) pour déplacer la lentille de focalisation répondant au signal z (t)

pour déplacer le spot de focalisation dans la direction Z, et

— un circuit de prépositionnement (42) du spot de focalisation, le générateur de fonction (41) recevant du circuit de prépositionnement (42) sur une première entrée, dite de commande, un signal de prépositionnement du spot de focalisation sur l'arête, et sur une deuxième entrée, dite de correction, le signal de référence (Sr) délivré par le détecteur (21) de rayonnement laser.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens (3) de déplacement comportent en outre un circuit (43) de commande auxiliaire de la vitesse de déplacement du spot de focalisation, ledit circuit (43) délivrant audit générateur de fonction (41) un signal ajustable de la forme

^/x'2 + y'2 + z'2 = Q,

où x', y' et z' représentent les dérivées premières dx dy dz dt' dt' dt'

des signaux x (t), y (t) et z (t).
21. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens (2) pour focaliser le faisceau laser (100) comportent en outre

— un miroir sphérique (33) disposé sur le chemin optique du faisceau laser (100) en aval du spot de focalisation pour réfléchir le faisceau laser en sens opposé selon le même chemin optique, et

— des moyens pour focaliser le faisceau laser réfléchi sur le détecteur (21) comprenant au moins un deuxième miroir semi-transpa-rent (222) et une lentille de focalisation auxiliaire (24).
22. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comporte en outre:

— une deuxième lentille de focalisation (20'), de type zoom, sensiblement symétrique de la première lentille (20) par rapport à un plan de référence (P) pour transmettre au moins une partie du faisceau réfléchi par l'arête,

— des moyens (200) pour déplacer la deuxième lentille (20')

dans la direction de son axe optique en réponse au signal z (t), et

— une deuxième cellule de déflexion (31') disposée entre la deuxième lentille (20') et le détecteur (21) et répondant aux signaux x (t) et y (t) pour diriger le faisceau transmis par la deuxième lentille sur le détecteur (21).
23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer l'un par rapport à l'autre le faisceau laser et l'arête comportent en outre des moyens (41, 42, 91) pour orienter la pièce en réponse aux signaux x (t) et y (t) de manière que le plan bissecteur de l'angle formé par les deux faces soit sensiblement confondu avec le plan de référence (P).