FR2481176A1 - Laser beam deburring of workpiece edges - giving smooth hardened edges, e.g. for surgical instruments - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPTION
La presente invention est relative à un procédé d'ébavurage notamment de pièce mécanique, au dispositif de mise en oeuvre du procédé et à l'instrument tel qu'un instrument de chirurgie obtenu par le procédé.DESCRIPTION
The present invention relates to a deburring process, in particular of a mechanical part, to the device for implementing the process and to the instrument such as a surgical instrument obtained by the process.
Dans la technique relative à l'usinage de pieces mécaniques, notamment de pièces utilisées en microtechnique, le problème de l'ébavurage des arêtes reste un probleme majeur pour l'obtention d'une finition convenable. Dans la suite du texte, les arêtes vives et arêtes d'angle internes seront communément désignées par le terme générique arête, une arête vive étant constituée par l'intersection de deux plans ou surfaces planes delimitant la forme d'un objet ou instrument, l'objet ou instrument délimité par ces deux surfaces planes formant à leur niveau un angle dièdre inférieur à 1800, 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 1800, 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 etre supérieures aux tolérances de dimensionnement 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 pm comme en particulier pour les buses d'injection de gasole des moteurs Diesel pour lesquelles la présence d'ébarbures en extrémité des canaux d'injection provoque
férence proportionnel à la valeur moyenne de l'intensité du faisceau réfléchi modulé représentatif de la défocalisation du faisceau incident par rapport à l'arête à traiter, ledit signal étant délivré par le détecteur aux moyens de commande de déplacement du spot de focalisati on, des moteurs auxiliaires permettant, pour chaque séquence de traitement, d'assurer à chaque instant l'orientation convenable de l'arête à traiter, le plan bissecteur de l'angle dièdre constituant l'angle interne en un point Si de l'arête à traiter étant pendant le traitement maintenu confondu avec le plan de référence du dispositif. tion, la bande de matériau vitrifié et les surfaces constituant le fil présentant une rugosité voisine de lien.
ference proportional to the average value of the intensity of the modulated reflected beam representative of the defocusing of the incident beam relative to the edge to be treated, said signal being delivered by the detector to the means for controlling the movement of the focusing spot, auxiliary motors making it possible, for each treatment sequence, to ensure at all times the proper orientation of the edge to be treated, the bisector plane of the dihedral angle constituting the internal angle at a point Si of the edge to be treated being during the treatment kept confused with the reference plane of the device. tion, the strip of vitrified material and the surfaces constituting the wire having a roughness similar to the bond.
32. instrument acéré selon la revendication 29, caractérisé en ce que l'instrument étant constitué par une aiguille de section sensiblement circulaire, le fil de l'instrument constitué par la pointe de l'aiguille est constitué par une calotte sphérique de rayon de courbure de la forme
la bande de matériau vitrifié formant sensiblement un tronc de cône de dimension oeo suivant une direction parallèle à une génératrice de la paroi de l'aiguille, la bande de matériau vitrifié et la calotte sphérique étant continûment reliées pour former une surface de rugosité voisine de lame
33.Dispositif selon l'une des revendications 21 à 24, caractérisé en ce qu'il comporte en outre - un deuxième système optique de détection en réflexion permettant de
former un image du spot lumineux sur l'arête de la pièce à traiter,
le premier et le deuxième système optique(20)et(20') étant solidai
res et disposés sensiblement symétriques par rapport à un plan de
référence du dispositif, - un détecteur du rayonnement réfléchi recevant ce dit rayonnement du
deuxième système optique, - une deuxieme cellule de déflexion en x, y disposée entre la lentille
(29') et le détecteur de rayonnement, ladite deuxième cellule de defle-
xion étant connectée et alimentée en parallèle avec la première cel
lule de déflexion, - des moyens de modulation de la déflexion en x et'y du rayonnement
rfléchi permettant la détection par le détecteur d'un signal de re trument est constitué sensiblement par une surface hémicylindrique, la section droite du fil étant constituée par un demi-cercle de rayon R et la zone sous-jacente du fil comportant, sur la paroi de l'instrument, une bande de matériau vitrifié de dimension BO suivant une première direction parallèle à une génératrice de la paroi de l'instrument et d'e- paisseur Zs déterminée selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction, le rayon de courbure de la section droite du fil étant de la forme
la bande de materiau vitrifié et la surface semi-cylindrique constituant le fil de la lame présentant une rugosite voisine de 1 pm. 32. sharp instrument according to claim 29, characterized in that the instrument being constituted by a needle of substantially circular section, the wire of the instrument constituted by the point of the needle is constituted by a spherical cap with radius of curvature of shape
the strip of vitrified material substantially forming a truncated cone of dimension oeo in a direction parallel to a generatrix of the wall of the needle, the strip of vitrified material and the spherical cap being continuously connected to form a surface of roughness close to the blade
33. Device according to one of claims 21 to 24, characterized in that it further comprises - a second optical system for detection in reflection making it possible to
form an image of the light spot on the edge of the part to be treated,
the first and second optical systems (20) and (20 ') being solidai
res and arranged substantially symmetrical with respect to a plane of
reference of the device, - a detector of the reflected radiation receiving this said radiation from the
second optical system, - a second deflection cell in x, y arranged between the lens
(29 ') and the radiation detector, said second deflection cell
xion being connected and powered in parallel with the first cel
deflection lule, - means for modulating the x and y deflection of the radiation
reflected allowing the detection by the detector of a return signal consists essentially of a semi-cylindrical surface, the cross section of the wire being constituted by a semicircle of radius R and the underlying zone of the wire comprising, on the wall of the instrument, a strip of vitrified material of dimension BO in a first direction parallel to a generatrix of the wall of the instrument and of thickness Zs determined in a second direction perpendicular to this first direction, the radius of curvature of the cross section of the wire being of the form
the strip of vitrified material and the semi-cylindrical surface constituting the wire of the blade having a roughness close to 1 μm.
31. Instrument aceré selon la revendication 29, caractérisé en ce que l'instrument étant constitue par une aiguille du type aiguille chirurgicale comportant une pluralité d'arêtes vives et une pointe aiguë constituant le fil de l'instrument, le fil de l'instrument est constitué d'une part au niveau des arêtes vives par une surface hemicylindrique, la section droite du fil au niveau de ces arêtes étant constituée par un demi-cercle de rayon R, et, d'autre part au niveau de la pointe aiguë, par une surface gauche de même rayon de courbure R uniforme de la forme
la zone sous-jacente du fil comportant, sur la paroi de l'instrument, une bande de matériau vitrifié de dimension wo suivant une première direction parallèle à une génératrice de la paroi de l'instrument et d'epaisseur
Zs selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direc la forme
où x', y', z' représentent les dérivees premières dx dy dz des signaux x (t), y (t), z (t).31. Sharp instrument according to claim 29, characterized in that the instrument being constituted by a needle of the surgical needle type comprising a plurality of sharp edges and an acute point constituting the thread of the instrument, the thread of the instrument is constituted on the one hand at the level of the sharp edges by a hemicylindric surface, the cross section of the wire at the level of these edges being constituted by a semicircle of radius R, and, on the other hand at the level of the acute point, by a left surface of the same radius of curvature R uniform in shape
the underlying zone of the wire comprising, on the wall of the instrument, a strip of vitrified material of dimension wo in a first direction parallel to a generatrix of the wall of the instrument and of thickness
Zs in a second direction perpendicular to this first direction with the shape
where x ', y', z 'represent the first derivatives dx dy dz of the signals x (t), y (t), z (t).
dx' dx, dy' dz
28. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 27, caractérisé en ce que les moyens de focalisation comportent en outre - un miroir sphérique de réflexion du faisceau laser en aval du spot
de focalisation du faisceau laser, ledit miroir sphérique permettant
la transmission en sens opposé selon un chemin optique identique du
faisceau laser réfléchi au travers de la cellule de déflexion, - une lentille de focalisation auxiliaire permettant la focalisation du
faisceau laser réfléchi sur le détecteur par l'intermédiaire d'au
moins un premier miroir semi-transparent, - au moins un deuxieme miroir semi-transparent permettant successive
ment la transmission vers la cellule de déflexion et vers la lentille
de focalisation du faisceau d'alignement.dx 'dx, dy' dz
28. Device according to one of claims 11 to 27, characterized in that the focusing means further comprise - a spherical mirror for reflecting the laser beam downstream of the spot
focusing the laser beam, said spherical mirror allowing
transmission in the opposite direction along an identical optical path from
laser beam reflected through the deflection cell, - an auxiliary focusing lens allowing the focusing of the
laser beam reflected on the detector via at least
at least a first semi-transparent mirror, - at least a second semi-transparent mirror allowing successive
the transmission to the deflection cell and to the lens
for focusing the alignment beam.
29. Instrument acéré d'angle d'aiguisage a déterminé, caractérisé en ce que le fil de l'instrument est 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 uO suivant une premiere 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 de la surface gauche constituant le fil étant de la forme
la bande de matériau vitrifie et la surface gauche constituant le fil présentant une rugosité voisine de lum. 29. Sharp instrument of sharpening angle determined, characterized in that the instrument wire is constituted by a left surface of radius of curvature R substantially uniform, the underlying zone of the wire comprising, on the wall of the instrument, a strip of vitrified material of dimension uO in a first direction parallel to a generatrix of the wall of the instrument and of thickness Zs in a second direction perpendicular to this first direction, the radius of curvature of the left surface constituting the wire being of the form
the strip of vitrified material and the left surface constituting the wire having a roughness close to lum.
30. Instrument acéré selon la revendication 29, caractérisé en ce que l'instrument étant constitué par une lame coupante, le fil de 1'ins-
traiter un signal élémentaire d'amplitude déterminée, l'ensemble des
signaux élémentaires constituant le signal de référence, - un circuit logique délivrant le signal de référence en présence de
l'ensemble des signaux élémentaires.30. Sharp instrument according to claim 29, characterized in that the instrument consisting of a cutting blade, the thread of the ins-
process a basic signal of determined amplitude, all of the
elementary signals constituting the reference signal, - a logic circuit delivering the reference signal in the presence of
the set of elementary signals.
26. Dispositif selon les revendications 12 et 22, caractérisé en ce que les moyens de commande de déplacement du spot de focalisation selon une loi déterminée comportent: - un générateur de fonction délivrant à ladite cellule de déflexion
d'une part sur chaque entrée de commande de déviation en x et en y
respectivement un signal x (t), y (t) et à l'entrée de commande de
déplacement en Z de l'organe d'entraînement de la lentille de focali
sation d'autre part un signal z (t), les signaux x (t), y (t), z (t)
étant en coordonnées paramétriques fonctions du temps-repésentatifs
à chaque instant, pour une séquence de traitement relative à un
instrument, de la loi de courbure de l'arête ou partie acérée de
l'instrument, - un circuit de prépositionnement du spot de focalisation, le génera
teur de fonction recevant du circuit de prépositionnement sur une pre
mi ère entrée, dite de commande, un signal de prèpositionnement du
spot de focalisation sur l'arête de l'instrument et sur une deuxième
entrèe,dite de correction,le signal de référence délivre par le
détecteur de rayonnement laser.26. Device according to claims 12 and 22, characterized in that the means for controlling the displacement of the focusing spot according to a determined law comprise: - a function generator delivering to said deflection cell
on the one hand on each deviation control input in x and in y
respectively a signal x (t), y (t) and at the command input of
Z movement of the focal lens drive member
on the other hand a signal z (t), the signals x (t), y (t), z (t)
being in parametric coordinates functions of time-representative
at any time, for a processing sequence relating to a
instrument, the law of curvature of the edge or sharp part of
the instrument, - a pre-positioning circuit for the focusing spot, will generate it
function tutor receiving from the prepositioning circuit on a pre
mid input, called control, a pre-positioning signal from the
focusing spot on the edge of the instrument and on a second
input, called correction, the reference signal delivered by the
laser radiation detector.
27. Dispositif selon la revendication 26, caractérise en ce que le Snérateur de fonction comporte en outre un circuit de commande auxiliaire de la vitesse de déplacement du spot de focalisation, ledit circuit délivrant audit générateur de fonction un signal ajustable de
blement comme la direction parallèle à la tangente de l'arête de
l'instrument et la direction y étant définie comme une direction per
pendiculaire à cette direction x, les directions x, y et la direc
tion moyenne Z de propagation du faisceau laser formant un trièdre
de référence, la cellule de déflexion étant disposée entre la tête
d'émission laser et la lentille de focalisation et permettant la
transmission et la déflexion du faisceau laser de traitement et du
faisceau d'alignement, - des moyens de déplacement selon la direction Z du spot de focalisa
tion du faisceau laser de traitement.27. Device according to claim 26, characterized in that the function switcher further comprises an auxiliary control circuit for the speed of movement of the focusing spot, said circuit delivering to said function generator an adjustable signal from
as the direction parallel to the tangent of the edge of
the instrument and the direction being defined as a direction per
pendulum to this direction x, the directions x, y and the direc
average tion Z of propagation of the laser beam forming a trihedron
reference, the deflection cell being arranged between the head
laser emission and the focusing lens and allowing the
transmission and deflection of the treatment laser beam and the
alignment beam, - means of displacement in the direction Z of the focal spot
tion of the treatment laser beam.
23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que les moyens de déplacement selon la direction Z du spot de focalisation du faisceau laser sont constitués par une lentille de focalisation mobile suivant la- direction Z du type "zoom" entraînée par un organe d'entraînement. 23. Device according to claim 22, characterized in that the means of displacement in the direction Z of the laser beam focusing spot consist of a moving focusing lens in the Z direction of the "zoom" type driven by a member of the 'training.
24. Dispositif selon les revendications ll et 22, caractérisé en ce que les moyens de focalisation comportent en outre un détecteur de rayonnement laser placé en aval du spot de focalisation du rayonnement et délivrant pour une focalisation convenable du spot sur l'arête un signal de référence représentatif de la coincidence en intersection de l'axe du faisceau laser et de la tangente à la courbe de l'arête. 24. Device according to claims ll and 22, characterized in that the focusing means further comprise a laser radiation detector placed downstream of the radiation focusing spot and delivering for a suitable focusing of the spot on the edge a signal of reference representative of the coincidence in intersection of the axis of the laser beam and of the tangent to the curve of the edge.
25. Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que le détecteur est constitué, selon une direction parallèle à la direction y, par - un réseau de photodiodes, délivrant respectivement
pour chaque tache de diffraction du faisceau laser par l'arête à
de 300 kHz, la densité de puissance de chaque impulsion de modulation
étant voisine de 5 x 1D7 W/cm2. 25. Device according to claim 24, characterized in that the detector is constituted, in a direction parallel to the direction y, by - an array of photodiodes, delivering respectively
for each spot of diffraction of the laser beam by the edge at
300 kHz, the power density of each modulation pulse
being close to 5 x 1D7 W / cm2.
18. Dispositif selon l'une des revendications 14, 15, 16 ou 17
caractérisé en ce que la tête d'emission comporte un laser d'un des ty
pes YAG, Argon, C02.18. Device according to one of claims 14, 15, 16 or 17
characterized in that the emission head comprises a laser of one of the ty
pes YAG, Argon, C02.
19. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens d'engendrer le rayonnement comportent une tête d'émission laser pulsee, chaque impulsion ayant une énergie de D,1 mJ et une durée comprise entre 0,3 et 10 us, la densité de puissance de chaque impulsion étant de l'ordre de 5xl07 W/cm2. 19. Device according to claim 12, characterized in that the means for generating the radiation comprise a pulsed laser emission head, each pulse having an energy of D, 1 mJ and a duration of between 0.3 and 10 us, the power density of each pulse being of the order of 5 × 10 7 W / cm 2.
20. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 19, caractérisé en ce que la tête d'émission laser émet un rayonnement laser en mode
TEMoo la répartition d'intensité en fonction de la distance à l'axe du faisceau étant sensiblement distribuée selon une courbe de Gauss.20. Device according to one of claims 12 to 19, characterized in that the laser emission head emits laser radiation in mode
TEMoo the intensity distribution as a function of the distance to the axis of the beam being substantially distributed according to a Gauss curve.
21. Dispositif selon la revendication 12, caractérise en ce que les moyens de focalisation du faisceau laser comportent - un dispositif de visée de la partie acérée de l'instrument comportant
un dispositif d'alignement auxiliaire emettant un faisceau d'aligne
ment, - une lentille de focalisation permettant la transmission et la foca
lisation sur au moins un point de la partie acérée de l'instrument du
rayonnement laser de traitement et du faisceau laser d'alignement.21. Device according to claim 12, characterized in that the means for focusing the laser beam comprise - a device for targeting the sharp part of the instrument comprising
an auxiliary alignment device emitting an alignment beam
ment, - a focusing lens allowing transmission and focusing
reading on at least one point of the sharp part of the instrument
laser treatment and laser beam alignment.
22. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens d'assurer le déplacement relatif du spot du faisceau laser comportent - une cellule de déflexion en x, y, la direction x étant définie sensi
- des moyens de commande de ce déplacement selon une loi de déplacement
prédéterminée correspondant à la loi de courbure de la partie acérée
de l'instrument.22. Device according to claim 12, characterized in that the means for ensuring the relative displacement of the spot of the laser beam comprise - a deflection cell in x, y, the direction x being defined sensi
- means for controlling this movement according to a law of displacement
predetermined corresponding to the law of curvature of the sharp part
of the instrument.
14. Dispositif d'émorfilage selon la revendication 13, caractérisé
en ce que lesdits moyens d'engendrer le rayonnement laser comportent une
tête d'émission laser continu de puissance lumineuse réglable entre 10
et 100 W le faisceau laser etant localisé selon une densité de puissance
comprise entre 106 et 108 W/cm2. 14. Finishing device according to claim 13, characterized
in that said means for generating laser radiation comprises a
continuous laser emission head with adjustable light power between 10
and 100 W the laser beam being located according to a power density
between 106 and 108 W / cm2.
15. Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que la tête d'émission comporte en outre des moyens de modulation
de l'émission laser par impulsions à une fréquence voisine de 300 kHz,
la puissance moyenne du rayonnement étant comprise entre 10 et 30 W,
chaque impulsion ayant une durée de l'ordre de 0,3 ps et une énergie
comprise entre 0,03 et 0,1 mJ, la densité de puissance de chaque impul
sion de modulation étant voisine de 5 x 107 W/cm2.15. Device according to one of claims 14 or 15, characterized in that the transmission head further comprises modulation means
laser emission by pulses at a frequency close to 300 kHz,
the average power of the radiation being between 10 and 30 W,
each pulse having a duration of the order of 0.3 ps and an energy
between 0.03 and 0.1 mJ, the power density of each pulse
modulating sion being close to 5 x 107 W / cm2.
16. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que
les moyens d'engendrer le rayonnement laser comportant une tête d'é
mission laser pulsée de puissance Pa comprise entre 10 et 100 W, la
densité de puissance de chaque impulsion laser étant comprise entre
106 et 108 W/cm2, chaque impulsion laser ayant une durée T sensiblement
L
egale au rapport T = L de la longueur du fil de l'instrument à traiter
Vs
à la vitesse lineaire Vs de déplacement du spot de focalisation sur ce
fil, ltenergie de chaque impulsion étant égale au produit Pa x T.16. Device according to claim 13, characterized in that
the means of generating the laser radiation comprising a beam head
pulsed laser mission with power Pa between 10 and 100 W, the
power density of each laser pulse being between
106 and 108 W / cm2, each laser pulse having a duration T substantially
L
equal to the ratio T = L of the length of the wire of the instrument to be treated
Vs
at the linear speed Vs of displacement of the focusing spot on this
wire, the energy of each pulse being equal to the product Pa x T.
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que
chaque impulsion laser est modulée à une fréquence de modulation voisine
11. Procedé selon l'une des revendications précédentes caractérisè en ce que l'émission laser est effectuée en mode TEMoo,l'intensite du rayonnement en fonction de la distance à l'axe du faisceau etant répartie selon une courbe de Gauss permettant la volatilisation des ébarbures et la fusion des zones sous-jacentes des arêtes vives.17. Device according to claim 16, characterized in that
each laser pulse is modulated at a neighboring modulation frequency
11. Method according to one of the preceding claims characterized in that the laser emission is carried out in TEMoo mode, the intensity of the radiation as a function of the distance to the axis of the beam being distributed according to a Gauss curve allowing volatilization burrs and the fusion of the underlying areas of the sharp edges.
12. Dispositif d'ébavurage par rayonnement laser d'une pièce mécanique, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens d'engendrer un faisceau de rayonnement laser de puissance
Pa réglable, déterminée, - des moyens de focalisation dudit faisceau laser sur les arêtes de la
pièce mecanique,selon un spot de focalisation de diamètre 2zo, - des moyens d'assurer un déplacement relatif, sur les arêtes de
la pièce mécanique, du spot de focalisation du faisceau laser à une
vitesse de déplacement déterminée.12. Device for deburring by laser radiation of a mechanical part, characterized in that it comprises: - means for generating a beam of laser power
Pa adjustable, determined, - means for focusing said laser beam on the edges of the
mechanical part, according to a focusing spot of diameter 2zo, - means of ensuring relative displacement, on the edges of
the mechanical part, from the laser beam focusing spot to a
determined travel speed.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que pour l'êmorfilage d'un instrument acére, le dispositif comporte - des moyens d'engendrer un rayonnement laser de puissance Pa réglable
entre 10 et 100 W et d'intensité en fonction de la
distance par rapport à l'axe du faisceau laser sensiblement uniforme, - des moyens de focalisation dudit faisceau laser selon un spot de fo
calisation de diamètre reglable entre 10 et lOG m, les moyens de fo
calisatïon du faisceau laser permettant la focalisation de ce fais
ceau sur la partie acérée de l'instrument, - os moyens de défiexion dudit faisceau laser permettant ledéplace-
ment du spot de focalisation du faisceau laser sur la totalité du
fil de l'instrurenb aciéré une vitesse de déplacement déterminée, courbe de ladite argue vive étant sensiblement maintenus concourants au cours du déplacement pour entrainer la fusion du morfil dans la zone centrale du faisceau laser et une fusion des zones superficielles sous-jacentes du fil,ledit faisceau laser permettant d'une part une vitrification d'une zone superficielle du matériau de l'instrument de dimension wo suivant une première direction parallèle à une génératrice de la paroi de l'instrument et d'epaisseur Zs selon une deuxième direction perpendiculai cette première direction et d'autre part la formation d'un fil de coupe constitué Par une surface gauche de rayon de courbure R déterminé, de la forme
le rayonnement laser tant émis avec une puissance lumineuse
dans laquelle - K représente le coefficient de conductibilité thermique du materiau
constituant l'instrument, - Tv et Ts représentent la température de vaporisation et la température
de fusion respectivement du matériau constituant l'instrument exprimées
degrés centigrades, le deplacement du spot du faisceau laser étant ef
fectué à une vitesse linéaire Vs de la forme
où T représente la durée de l'influence du faiseau laser en chaque point des arêtes à traiter et ou H représente le coefficient de diffusivité thermique du matériau constituant l'instrument. 13. Device according to claim 12, characterized in that for the coring of a sharp instrument, the device comprises - means for generating a laser radiation of adjustable power Pa
between 10 and 100 W and intensity depending on the
distance from the axis of the substantially uniform laser beam, - means for focusing said laser beam according to a light spot
calibration of adjustable diameter between 10 and LOG m, the means of fo
calisation of the laser beam allowing the focusing of this beam
ceau on the sharp part of the instrument, - bone means of defiexion of said laser beam allowing the displacement-
ment of the laser beam focusing spot over the entire
wire of the instrumented steel, a determined speed of movement, the curve of said living argue being substantially kept concurrent during the movement to cause the melting of the morfil in the central zone of the laser beam and a fusion of the surface superficial zones of the wire, said laser beam allowing on the one hand a vitrification of a surface area of the material of the instrument of dimension wo in a first direction parallel to a generatrix of the wall of the instrument and of thickness Zs in a second direction perpendicular to this first direction and secondly the formation of a cutting wire consisting of a left surface of determined radius of curvature R, of the form
the laser radiation so emitted with light power
in which - K represents the coefficient of thermal conductivity of the material
constituting the instrument, - Tv and Ts represent the vaporization temperature and the temperature
respectively of the material constituting the instrument expressed
degrees centigrade, the displacement of the spot of the laser beam being ef
performed at a linear speed Vs of the form
where T represents the duration of the influence of the laser beam at each point of the edges to be treated and or H represents the coefficient of thermal diffusivity of the material constituting the instrument.
8. Procedé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans le cas d'un instrument acéré du type aiguille, l'émission laser consiste en une impulsion de puissance Pa et de durée
le spot de focalisation du faisceau laser étant maintenu focalisé sur la pointe de l'aiguille pendant toute la duree de l'impulsion.8. Method according to claim 3, characterized in that in the case of a sharp needle type instrument, the laser emission consists of a pulse of power Pa and duration
the laser beam focusing spot being kept focused on the tip of the needle for the entire duration of the pulse.
9. Procéde selon la revendication 8, caractérise en ce que l'émission laser consiste en une impulsion d'énergie comprise entre 0,03 mJet0,lmJ et de durée comprise entre 0,3 ps et 10 ps. 9. Method according to claim 8, characterized in that the laser emission consists of an energy pulse of between 0.03 mJet0, lmJ and of duration between 0.3 ps and 10 ps.
| 10. Procédé de fabrication d'un instrument de chirurgie acéré consis- tant à partir d'une tige d'acier spécial à meuler ladite tige pour former un solide polyédrique comportant une
pluralité de faces, l'intersection deux à deux desdites faces formant
une arête vive d'angle d'aiguisage a déterminé selon une ligne conti
nue plane de courbure déterminée, l'ensemble des arêtes vives du
solide polyedrique constituant, après affûtage, le fil de l'instrument, - soumettre l'ensemble du solide polyedrique à un traitement de surface
permettant un polissage fin desdites faces, - focaliser sur au moins un point des arêtes vives du solide polyédri
que un faisceau de- rayonnement laser selon un spot de focalisation
de diamètre 2 wo et d'intensité en fonction de la distance par
rapport à l'axe du faisceau sensiblement uniforme, l'axe du faisceau
laser d'intensité maximale et la tangente à la courbe de ladite
arête vive étant sensiblement concourants, déplacer le spot de focalisation du faisceau laser sur la totalité
du fil de l'instrument, l'axe du faisceau laser et la tangente à la
4.Procédé selon la revendication 3,. caractérisé en ce que. le rayonnement laser est émis en continu avec une puissance lumineuse Pa comprise entre 10 et 100 W etune densité de puissance comprise entre 106 et 108 W/cm2-, le spot de focalisation du faisceau laser étant dépla- cé sur la totalité du fil de l'instrument acéré à une vitesse linéaire constante comprise entre 1 et 100 m/s.| 10. A method of manufacturing a sharp surgical instrument consisting of a special steel rod to grind said rod to form a polyhedral solid comprising a
plurality of faces, the intersection two by two of said faces forming
a sharp edge of sharpening angle determined along a conti
flat plane of determined curvature, all the sharp edges of the
polyhedral solid constituting, after sharpening, the instrument wire, - subjecting the whole of the polyhedral solid to a surface treatment
allowing fine polishing of said faces, - focusing on at least one point of the sharp edges of the polyhedron solid
that a beam of laser radiation according to a focusing spot
of diameter 2 wo and of intensity according to the distance by
with respect to the substantially uniform beam axis, the beam axis
maximum intensity laser and the tangent to the curve of said
sharp edge being substantially concurrent, move the focal spot of the laser beam over the whole
of the instrument wire, the axis of the laser beam and the tangent to the
4. Method according to claim 3 ,. characterized in that. the laser radiation is emitted continuously with a light power Pa of between 10 and 100 W and a power density of between 106 and 108 W / cm2-, the focal spot of the laser beam being moved over the entire wire of the sharp instrument at a constant linear speed between 1 and 100 m / s.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'émis- sion laser continue est modulée par impulsions à une fréquence de modulation de l'ordre de 300 kHz, la puissance moyenne du rayonnement étant comprise entre îOet 30 W,. chaque impulsion ayant une durée de l'ordre de 0,3 us et une énergie comprise entre Q,03 etO,l mJ, la densité de puissance de chaque impulsion etant voisine de 5xl07 W/cm2 et la vitesse de deplace- ment relatif du spot de focalisation étant comprise entre 1 et 10 m/s. 5. Method according to claim 4, characterized in that the continuous laser emission is modulated by pulses at a modulation frequency of the order of 300 kHz, the average power of the radiation being between îOet 30 W ,. each pulse having a duration of the order of 0.3 us and an energy between Q, 03 and 0.1 mJ, the power density of each pulse being close to 5 × 107 W / cm2 and the relative speed of movement of the focusing spot being between 1 and 10 m / s.
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'émis- sion laser est une émission pulsée de puissance lumineuse Pa comprise entre 10 et 100 W, la densité de puissance de chaque impulsion laser étant comprise entre 106 et 10e W/cm2, chaque impulsion laser ayant
L une durée T sensiblement égale au rapport T = L de la longueur totale
Vs
L du fil de l'instrument à la vitesse linéaire Vs de déplacement relatif du spot de focalisation sur ce fil, l'énergie de chaque impulsion etant égale au produit Pa x T.6. Method according to claim 3, characterized in that the laser emission is a pulsed emission of light power Pa between 10 and 100 W, the power density of each laser pulse being between 106 and 10th W / cm2 , each laser pulse having
L a duration T substantially equal to the ratio T = L of the total length
Vs
L of the instrument wire at the linear speed Vs of relative displacement of the focusing spot on this wire, the energy of each pulse being equal to the product Pa x T.
7. Procéde selon la revendication 6, caracterise en ce que chaque impulsion laser est modulée à une fréquence de modulation voisine de 300 KHz, la densité de puissance de chaque impulsion de modulation étant voisine de 5 x 107 W/cm2, la vitesse de déplacement du spot sur le fil de l'instrument étant comprise entre 1 et 10 m/s. 7. Method according to claim 6, characterized in that each laser pulse is modulated at a modulation frequency close to 300 KHz, the power density of each modulation pulse being close to 5 x 107 W / cm2, the speed of movement the spot on the instrument wire being between 1 and 10 m / s.
pour assurer la fusion du morfil dans la zone centrale du faisceau
laser et une vitrification des zones superficielles sous-jacentes du
fil de l'instrument.to ensure the fusion of the morfil in the central zone of the beam
laser and vitrification of the underlying surface areas of the
instrument wire.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que en vue d'obtenir,sur un instrument acére comportant un angle d'aiguisage a dé
terminé,une vitrification d'une zone superficielle du matériau de l'instru
ment de dimensionxo suivant une première direction parallèle à une géne-
ratrice de la paroi de l'instrument et 8épaisseur Zs déterminée selon une deuxième direction perpendiculaire à cette première direction,et, un fil de coupe constitué sensiblement par une surface gauche de rayon de cour
bure R détermine, le spot de focalisation du faisceau laser a un diamètre 2 xo, le rayonnement laser étant émis avec une puissance lumineuse
dans laquelle Krepresente le coefficient de conductibilité thermique du matériau constituant l'instrument,
Tv et Ts repr.sentent la température de vaporisation et la température de fusion respectivement du matériau constituant l'instrument exprimées en degrés centigrades, le déplacement dudit spot du faisceau laser étant effectué à une vitesse linéaire Vs de la forme
où H represente le coefficient de diffusivité thermique du matériau constituant 1 'instrurent. 3. Method according to claim 2, characterized in that in order to obtain, on a sharp instrument having a sharpening angle has th
completed, a vitrification of a surface area of the instrument material
dimensionxo ment in a first direction parallel to a gene
ratrice of the wall of the instrument and 8 thickness Zs determined in a second direction perpendicular to this first direction, and, a cutting wire consisting substantially of a left surface of radius of court
bure R determines, the focal spot of the laser beam has a diameter 2 xo, the laser radiation being emitted with a light power
in which Krepresents the coefficient of thermal conductivity of the material constituting the instrument,
Tv and Ts represent the vaporization temperature and the melting temperature respectively of the material constituting the instrument expressed in degrees centigrade, the displacement of said spot of the laser beam being carried out at a linear speed Vs of the form
where H represents the coefficient of thermal diffusivity of the material constituting the instrument.
R E V E N D I C A T I O N S
1. Procédé d'ébavurage d'une piece mécanique comportant des arêtes, caractéris en ce qu'il consiste, après usinage de la pièce, à - focaliser sur l'arête de la pièce un faisceau de rayonnement
laser de densité de puissance comprise entre 106 et 108 W/cm2 de
manière à provoquer une volatilisation des ébarbures de l'arête, - assurer un déplacement relatif à une vitesse de déplacement détermi
née du spot de focalisation du faisceau laser et des arêtes de
la pièce sur la totalité de ces arêtes. 1. Method for deburring a mechanical part comprising edges, characterized in that it consists, after machining the part, at - focusing on the edge of the part a beam of radiation
laser power density between 106 and 108 W / cm2 of
so as to cause volatilization of the burrs of the edge, - ensure a displacement relative to a determined displacement speed
born from the laser beam focusing spot and the edges of
the part on all of these edges.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ces que pour 1'émorfilage d'un instrument acéré, ce procédé consiste, après affûtage des arêtes vives pour constituer le fil de l'instrument, à - focaliser sur la partie acérée de l'instrument un faisceau de
rayonnement laser de densité de puissance comprise entre 106 et 108
h/cm2 et d'intensité, en fonction de la distance à l'axe du faisceau,
selon une répartition sensiblement uniforme, l'axe du faisceau laser
et la tangente au fil de l'instrument étant sensiblement concourants, - déplacer le spot de focalisation du faisceau laser sur la totalité du
fil de l'instrument acére à une vitesse de déplacement déterminee 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 hémi-cylindrique 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
laser radiation with power density between 106 and 108
h / cm2 and intensity, as a function of the distance from the beam axis,
in a substantially uniform distribution, the axis of the laser beam
and the tangent to the wire of the instrument being substantially concurrent, - move the focal spot of the laser beam over the entire
instrument wire acerate at a determined speed of travel, for example formed by the intersection two by two of plane or left surfaces delimiting a polyhedron. The instrument wire consists firstly at the level of the sharp edges by a surface substantially semi-cylindrical 102. The cross section of the wire at these edges is constituted by a semicircle of radius R and at the level of the acute point by a left surface of the same radius of curvature R uniform in shape
La zone sous-jacente du fil comporte sur la paroi de l'instrument, de part et autre du fil sur chaque surface concourante constituant une arête, une bande de matériau vitrifié de dimension zo suivant une première direction parallèle à une génératrice de la paroi ou des surfaces de l'instrument. La bande de matériau a une epaisseur 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 vm et constituent le tranchant de l'instrument
De telles aiguilles chirurgicales sont d'un intérêt d'utilisation très important dans le domaine de la micro-chirurgie 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. constitue du fait du phénomène analogue à la trempe précédemment décrit, par un matériau de dureté environ trois fois superieure à la dureté du matériau constituant l'instrument et non soumis au traitement laser.The underlying zone of the wire comprises, on the wall of the instrument, on either side of the wire on each concurrent surface constituting an edge, a strip of vitrified material of dimension zo in a first direction parallel to a generatrix of the wall or instrument surfaces. The strip of material has a thickness Zs in a direction perpendicular to this first direction. The strips of vitrified material and the surfaces constituting the wire form a uniform continuous surface having a roughness or grain close to 1 vm and constitute the cutting edge of the instrument.
Such surgical needles are of very great use interest in the field of ophthalmological microsurgery and of cardiovascular or aesthetic surgery because their local treatment provides them with incomparable cutting precision without however increasing the risk of rupture. of these needles at a level comparable to that of needles which have undergone, for a similar purpose, a global treatment such as heat treatment or other. due to the phenomenon analogous to quenching described above, is constituted by a material with a hardness approximately three times greater than the hardness of the material constituting the instrument and not subjected to laser treatment.
Ainsi que représenté figure 7 b, dans le cas d'un instrument du type lame à fil rectiligne, le fil en tant que tel est constitué par une surface hémi-cylindrique. La section droite du fil est constituée par un rayon n de courbure
Selon une variante de réalisation représentée figure 7c, l'instrument étant constitué par une aiguille de section 104 sensiblement circulaire et la pointe de l'aiguille étant constituée sensiblement par un cône d'angle d'ouverture sensiblement égal à l'angle d'aiguisage a de l'instrument, le fil de coupe 102 de l'instrument constitué par la pointe de l'aiguille est constitué par une calotte sphérique de rayon de courbure
La bande de matériau vitrifie 103 forme sensiblement un tronc de cône de dimension xo suivant une direction parallèle à une génératrice G de la paroi de l'aiguille et d'épaisseur Zs suivant une direction perpendiculaire à cette direction.The strip of vitrified material 103 substantially forms a truncated cone of dimension xo in a direction parallel to a generatrix G of the wall of the needle and of thickness Zs in a direction perpendicular to this direction.
La bande de matériau vitrifié et la calotte sphérique sont continûment reliées pour former une surface de rugosité voisine de 1 vm constituant la pointe acérée de l'aiguille. The strip of vitrified material and the spherical cap are continuously connected to form a surface of roughness close to 1 vm constituting the sharp point of the needle.
Une autre variante de realisation est représentée figure 7d 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 la gorge, entraîne la détection par le detecteur 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 etant retarde 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.Another alternative embodiment is represented in FIG. 7d in
the case where the instrument is constituted by a needle of the needle type
Surgical device comprising a plurality of sharp edges and an acute point constituting the thread of the instrument. The sharp edges are by the groove, causes the detection by the detector 21 of a detected signal of non-zero average value and the corresponding correction by the control means 4 as described above. The alignment beam can also be spatially offset in front of the relative displacement of the spot in the case of continuous emission or temporally in the case of pulse laser emission, the laser treatment emission being delayed with respect to the emission of the alignment beam generated by a He.Ne laser, the two being synchronized, without departing from the scope of the present invention.
Les figures 7a à 7c sont relatives à différents types.d'instru- ments obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. FIGS. 7a to 7c relate to different types of instruments obtained by implementing the method according to the invention.
Suivant la figure 7a) un instrument aceré 101 d'angle d'aiguisage 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 w suivant une première direction parallèle à une génératrice G de la paroi de l'instrument. La bande de matériau vitrifié 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
La bande de maté riau vltr'.Tie et la surface gauche constituant le fil constituent une surface continue uniforme présentant une rugosité, ou grain, voisine de
De tels instruments présentent donc un tranchant constitué par le fil et par la zone vitrifiée exempt de toute ébarbure. Le tranchant est à traiter ne peut être effectuée par détection des taches de diffraction.The strip of material vltr'.Tie and the left surface constituting the wire constitute a uniform continuous surface having a roughness, or grain, close to
Such instruments therefore have a cutting edge formed by the wire and by the vitrified zone free from any burrs. The cutting edge is to be treated can only be performed by detection of diffraction spots.
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 gé nérateur de signaux sinusoldaux, par exemple 310 , permet de superposer au signal de déflexion y appliqué à la deuxieme 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 proportionnelà la valeur moyenne de I'intensité du faisceau réfléchi modulé représentatif de la focalisation du faisceau incident par rapport à l'arête à traiter. To obtain satisfactory detection of the focusing, a periodic modulation along the direction y of the deflection of the reflected radiation beam 100 ′ or 220 ′ is carried out. For this purpose, a generator of sinusoidal signals, for example 310, makes it possible to superimpose on the deflection signal y applied to the second deflection cell 31 ′ a modulation signal SM by a summator 311. The detector 21 constituted for example by a tube vidicon further comprises a detection circuit constituted for example by a conventional diode detection circuit making it possible to deliver a continuous signal proportional to the average value of the intensity of the modulated reflected beam representative of the focusing of the incident beam relative to the edge treat.
Ce signal continu est délivré aux moyens de commande 4. Le signal de mo- dulation SM a une amplitude entraînant une déflexion en y An eut une fréquence FM telles que AN 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 support porte instrument ou pièce et de la piece à traiter. Les moteurs auxiliaires 41 et 42 permettent à chaque instant d'assurer une orientation convenable de la piece à traiter.De préférence les moteurs 41 et 42 permettent diorienter 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 dêfocali- sation du spot ainsi que représenté figure 6c en II, la modulation de la déflexion en y du faisceau réfléchi, réfléchi dissymétriquement par porte en outre deux lentilles 20' et 20" permettant la formation d'image de spot 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 élémentai- re Si d'une arête à traiter constituée par un angle interne, ainsi que représenté figure 6b, d'une piece mécanique 101 portée par l'outil portepièce instrument 91. Les deux lentilles 20 et 20' sont de manière nonlimitative mécaniquement solidaires par une liaison structurelle schema tisée 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 l-entilles 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, par exemple, directement en parallèle avec la cellule de déflexion 31 dans le cas de l'utilisation d'une lentille auxiliaire 20-". This continuous signal is delivered to the control means 4. The modulation signal SM has an amplitude causing a deflection in y An had an FM frequency such as AN x FM; 10 Vs for example. The control means 4 control, taking into account the program of relative displacement of the spot of the treatment beam in x, y, two auxiliary motors 41 and 42 allowing the orientation in site ss and in Y bearing of the support for the instrument or workpiece holder and the part to be treated. The auxiliary motors 41 and 42 make it possible at all times to ensure a suitable orientation of the part to be treated. Preferably the motors 41 and 42 make it possible to diorient the bisecting plane Pi from the dihedral angle of the groove or internal edge to be treated at the point If, this plane Pi being kept coincident with the plane P of the architecture reference of the device. In the event of defocusing of the spot as shown in FIG. 6c in II, the modulation of the deflection in y of the reflected beam, dissymmetrically reflected by a door in addition two lenses 20 ′ and 20 "allowing the formation of image of light spot from of the focusing spot of the laser treatment beam 100 or / and of the alignment beam 220 on the detector 21, these two beams being reflected by an elementary point or surface If of an edge to be treated constituted by an internal angle, as shown in FIG. 6b, of a mechanical part 101 carried by the tool holder for the instrument 91. The two lenses 20 and 20 ′ are nonlimiting mechanically integral by a structural connection diagrammed by 200 and preferably arranged symmetrically with respect to a reference plane P of the mechanical architecture of the device. The plane P can, for example, be the horizontal plane. An auxiliary lens 20 "makes it possible, for example, to focus the reflected radiation chi noted 100 'and 220' transformed into a substantially parallel beam by the lens 20 'chosen for this purpose, without limitation, with the same focal length as the lens 20, on the detector 21, the lens 20 "being able to remain fixed relative to to the detector 21. A second deflection cell 31 is interposed on the path of the reflected radiation, preferably between the l-entilles 20 'and 20 "or between lens 20' and detector 21 in the absence of an auxiliary lens 20". The second deflection cell 31 ′ is supplied, for example, directly in parallel with the deflection cell 31 in the case of the use of an auxiliary lens 20- ".
Le dispositif représenté figure 6b fonctionne de manière analogue au dispositif decrit 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
Une lentille de focalisation auxiliaire 24 permet la focalisation du faisceau laser réfléchi sur le detecteur 21 par l'intermédiaire d'au moins un miroir semi-transparent, le miroir 221. Un deuxième miroir semi-transpartent 222 permet successivement la transmission vers la cellule de déflexion 31 et vers la lentille de focalisation du faisceau d'alignement.The device shown in Figure 6b operates similarly to the device described above. The operation of the focusing system on the edge to be treated operating by reflection, the determination of the intersection of the axis of the treatment beam 100 and the edge
An auxiliary focusing lens 24 allows the focusing of the reflected laser beam on the detector 21 by means of at least one semi-transparent mirror, the mirror 221. A second semi-transpartent mirror 222 allows the transmission towards the cell. deflection 31 and towards the focusing lens of the alignment beam.
Le dispositif représenté figure 6a fonctionne de manière analogue à celui décrit figure 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 oeuvre par le dispositif selon la figure 4. The device represented in FIG. 6a operates in a similar manner to that described in FIG. 4. The choice of a spherical mirror 33 with a large opening diameter and a focal distance comparable to that of the lens 20, that is to say approximately the maximum dimension of the instrument to be treated, allows a treatment of this object in a manner analogous to the treatment implemented by the device according to FIG. 4.
Le dispositif selon la figure 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 figure 6a est la simplicité du détecteur de positionnement, le spot de focalisation du rayon réfléchi restant fixe sur le détecteur 21. The device according to FIG. 6a is however particularly well suited for the treatment of sharp points of needles of circular section and sharp edges, the heat treatment being symmetrical to the edge. The advantage of the device of FIG. 6a is the simplicity of the positioning detector, the spot for focusing the reflected ray remaining fixed on the detector 21.
Tout mode de réalisation différent dans lequel le detecteur est placé hors de l'axe du faisceau laser incident et agissant par reflexion, par exemple, ne sort pas du cadre de la présente invention. Any different embodiment in which the detector is placed outside the axis of the incident laser beam and acting by reflection, for example, does not depart from the scope of the present invention.
En particulier la figure 6b represente un mode de réalisation particulier du dispositif de mise en oeuvre du procédé, dispositif particulièrement adapte à l'ebavurage des angles internes ou gorges de pieces mécaniques. Selon la figure 6b, le dispositif suivant l'invention comporte un système optique de détection de positionnement 2 en réflexion qui com
Selon un mode préférentiel de realisation de l'invention repré senté figure 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 delivre au génera-- teur de fonction 41 sur une troisième entrée 413 un signal ajustable par l'ôpérateur, signal de la forme
(I\I) 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 premières par rapport au temps dx, dy, dz des signaux x (t), y (t), z (t).In particular, FIG. 6b represents a particular embodiment of the device for implementing the method, a device which is particularly suitable for deburring internal angles or grooves of mechanical parts. According to FIG. 6b, the device according to the invention comprises an optical system for detecting positioning 2 in reflection which comprises
According to a preferred embodiment of the invention shown in FIG. 5, the control means 4 also comprise a circuit 43 for auxiliary control of the speed of movement of the focusing spot. The auxiliary control circuit 43 delivers to the genera-- function marker 41 on a third input 413 an adjustable signal by the operator, signal of the form
(I \ I) where Q is substantially equal to Vs linear speed of displacement of the spot on the edge and in which x ', y', z 'represent the first derivatives with respect to time dx, dy, dz of the signals x ( t), y (t), z (t).
dt dt dt
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 (1V) précitée. Dans ce cas, les générateurs de fonction analogiques précités sont constitués par des intégrateurs munis d'une remise à zéro commune permettant leur synchronisation Sy, le circuit de commande auxiliaire consistant par exemple en un calculateur programmable et un convertisseur numérique analogique
Ces dispositifs ne seront pas decrits car bien connus de l'homme de l'art.dt dt dt
By way of nonlimiting example, each analog function generator receives respectively the signal x ', y', z 'the auxiliary control circuit imposing the above-mentioned relation (1V). In this case, the aforementioned analog function generators are constituted by integrators provided with a common reset enabling their synchronization Sy, the auxiliary control circuit consisting for example of a programmable computer and a digital analog converter
These devices will not be described since they are well known to those skilled in the art.
La figure 6a est relative à une variante de realisation-du dispositif selon l'invention tel que représente figure 4.. Dans la figure 6a, les mêmes références représentent les mêmes éléments que dans la figure 4. FIG. 6a relates to a variant embodiment of the device according to the invention as shown in FIG. 4. In FIG. 6a, the same references represent the same elements as in FIG. 4.
Suivant la figure Q,les moyens de focalisation 3 comportent en outre un miroir sphérique 33 de reflexion 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 laser réfléchis au travers de la cellule de déflexion 31. rateur de fonction 41 délivrant sur les entrées de commande de déviation en x et en y de a 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 focalisaticn 20 un signal z (t).Les signaux x (t), y (t), z (t) sont en coordonnées parametriques fonctions 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, alb, 41c, synchronisés par un signal Sy délivrant respectivement les signaux x (t), y (t), z (t) pour une séquence de traitement. Un circuit de prepositionnement automatique du spot de focalisation 42 délivre au générateur de fonction 41 sur une première entrée 4l0,dite de commande,un un signal de prépositionnement du spot de focalisation.Le-genérateur de fonction 41 reçoit sur une deuxième entre 411, dite de correction, le signal de référence Sr délivre 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 t aV 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. According to FIG. Q, the focusing means 3 also comprise a spherical mirror 33 for reflecting the treatment laser beam 100 and the alignment laser beam 221. The spherical mirror allows the beams to be transmitted in the opposite direction along an identical optical path. laser reflected through the deflection cell 31. function generator 41 delivering on the deflection control inputs at x and at y of the deflection cell 31 respectively a signal x (t) and y (t) and at the control input of the system 32 for moving the focal lens into Z a signal z (t). The signals x (t), y (t), z (t) are in parametric coordinates representative of time at each instant , for a sequence relating to an instrument, the law of curvature of the edge or sharp part of the instrument. The function generator is for example constituted by three analog function generators 41a, alb, 41c, synchronized by a signal Sy respectively delivering the signals x (t), y (t), z (t) for a processing sequence. A circuit for automatic prepositioning of the focusing spot 42 delivers to the function generator 41 on a first input 41, called control, a signal for prepositioning the focusing spot. The function generator 41 receives on a second between 411, called correction, the reference signal Sr delivers by the laser radiation detector, mainly by the logic circuit 214. The prepositioning signal has for example an amplitude equal to V and the difference between the amplitude of the reference signal V t aV and the amplitude of the prepositioning signal carried out by a summator 412 is for example added at 414 to the signal delivered by the analog function generator applied to the deflection control inputs in the direction y. The focusing of the spot of the laser beam in the direction there is thus subject to the curvature of the edge of the instrument to be treated by the detection chain constituted by the detector 21, the logic circuit 214, the control circuit 4 and the deflection cell 31.
l'inverseur logique 503 délivre un signal logique
niveau logique 1. L'amplitude de ce signal logique délivré par la porte
2143 peut être choisi par exemple égale à Sr3 = V+tV où AV représente 1'incrément de résolution Ay limite acceptable pour le spot de focalisation. L'amplificateur somateur 2144 délivre un signal d'amplitude
Sr3 = V+tV,les portes 2141 et 2142 délivrant un signal logique S 21 et
S 22 respectivement de niveau logique 0 pour lesquels l'amplitude a eté choisie nulle ainsi que decrit précédemment.logic level 1. The amplitude of this logic signal delivered by the door
2143 can be chosen for example equal to Sr3 = V + tV where AV represents the resolution increment Ay limit acceptable for the focusing spot. The amplifier amplifier 2144 delivers an amplitude signal
Sr3 = V + tV, the gates 2141 and 2142 delivering a logic signal S 21 and
S 22 respectively of logic level 0 for which the amplitude has been chosen zero as described above.
Les différents signaux délivrés ci-après pour une défocalisation + Ay sont représentés figures 4d1 à 4d5 ainsi que décrit précédemment. The different signals delivered below for defocusing + Ay are represented in FIGS. 4d1 to 4d5 as described above.
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 a chaîne de détection AV pouvant être rendu minimal compte tenu du gain de bouche de la chaîne, qui peut être choisi arbitrairement grand.Such a detection system makes it possible in particular to overcome the spatial resolution of the array of photodiodes in the direction y as much as possible, the increment of resolution of the AV detection chain being able to be made minimal taking into account the gain in the mouth of the chain. , which can be chosen arbitrarily large.
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. Preferably the detector 21 has in the direction x a dimension substantially identical to that of the instrument to be treated. For large instruments in this direction, of the order of half the focal length of the converging lens 20, a semi-cylindrical converging lens 22 allows the focusing of diffraction spots on the detector regardless of the position of the spot of the laser beam during its movement. Any embodiment in which the diode network is replaced by a vidicon tube does not depart from the scope of the present invention.
Selon un détail de réalisation représenté figure 5, les moyens de commande 4 de déplacement du spot de focalisation comportent un géné- rection bien connu de l'homme de l'art et qui par conséquent ne sera pas décrit ici. L'amplificateur somateur 2144 délivre lors de la focalisation-convenable du spot le signal d'amplitude Sr = Srl = V. According to a detail of embodiment shown in FIG. 5, the control means 4 for moving the focusing spot comprise a generation well known to those skilled in the art and which therefore will not be described here. The summing amplifier 2144 delivers the amplitude signal Sr = Srl = V when the spot is properly focused.
Lors d'une focalisation défectueuse du spot, par exemple vers les y négatifs, une defocalisation - ay du spot a pour conséquence la délivrance par la photodiode 213 d'un signal d'amplitude Se3- ts inférieure au seuil du comparateur à minima 403, lequel, déclenche, delivre un si gnal
de niveau logique 0. L'amplitude du signal Sel reste cependant suffisante pour ne pas entraîner le declenchement du comparateur à maxima 401, ce comparateur délivrant dans ce cas le signal logique
of logic level 0. The amplitude of the signal Sel remains however sufficient not to cause the triggering of the comparator at maximum 401, this comparator delivering in this case the logic signal
Les portes ET 2141 et 2143 recevant ce siqnal délivrent un siqnal logique
de niveau logique 0 quelle que soit l'amplitude plus faible du signal Sel.La porte ET 2142 recevant le signal Seq rétabli par l'inverseur logique 502 délivre un signal logique
de niveau logique 1. L'amplitude de ce signal logique délivré par la porte 2142 peut être choisie par exemple égal à Sr2 = V - aV où aV représente l'incrément de résolution by limite acceptable pour le spot de focalisation, l'amplificateur som mateur 2144 délivrant un signal d'amplitude Sr = Sr2 = V-tV. Dans le cas d'une focalisation défectueuse du spot du faisceau vers les y positifs, une défocalisation + ay du spot a pour conséquence la délivrance par la photodiode 211 d'un signal Sel + As supérieur au seuil du comparateur à maxima 401 lequel déclenché délivre un signal Se1 de niveau logique 0. L'amplitude du signal Se3, plus grande, n'entraine pas le déclenchement du comparateur à minima 403, lequel délivre le signal
Se3. La porte ET 2143-recevant le signal logique Sel rétabli par The AND gates 2141 and 2143 receiving this signal deliver a logical signal
of logic level 0 regardless of the lower amplitude of the signal Sel. AND gate 2142 receiving the signal Seq restored by the logic inverter 502 delivers a logic signal
of logic level 1. The amplitude of this logic signal delivered by the gate 2142 can be chosen for example equal to Sr2 = V - aV where aV represents the increment of resolution by limit acceptable for the focusing spot, the amplifier som mater 2144 delivering an amplitude signal Sr = Sr2 = V-tV. In the case of a defective focusing of the spot of the beam towards the positive y, a defocusing + ay of the spot results in the delivery by the photodiode 211 of a signal Sel + As higher than the threshold of the comparator at maximum 401 which triggered delivers a signal Se1 of logic level 0. The amplitude of the signal Se3, greater, does not cause the tripping of the comparator at least 403, which delivers the signal
Se3. The AND gate 2143-receiving the logic signal Salt restored by
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| CN114749802B (en) * | 2022-04-26 | 2024-03-12 | 浙江雅晶电子有限公司 | Laser slitter edge removing machine |
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| Publication number | Publication date |
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| FR2481176B1 (en) | 1984-09-21 |
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