FR2703618A1 - Device for descaling using a laser - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de décapage au laser, permettant le contrôle et le suivi en temps réel d'une surface à décaper, particulièrement adapté au décapage sélectif d'une ou de plusieurs couches de peinture. The present invention relates to a laser stripping device and method, allowing the control and monitoring in real time of a surface to be stripped, particularly suitable for the selective stripping of one or more layers of paint.
Lors du décapage de matériaux déposés en une ou plusieurs couches sur un support, il peut être utile de ne pas altérer celui-ci, particulièrement lorsque ce support est un matériau fragile ou de faible épaisseur. Il peut aussi être utile de ne décaper qu'une seule couche, par exemple une couche de finition, sans altérer les souscouches, afin d'éviter de toutes les remplacer. When pickling materials deposited in one or more layers on a support, it may be useful not to alter the latter, particularly when this support is a fragile or thin material. It can also be useful to strip only one coat, for example a top coat, without altering the undercoats, in order to avoid replacing them all.
Les techniques de décapage les plus communément employées sont des techniques non sélectives: ce sont généralement des techniques chimiques ou mécaniques, comme le sablage, qui décapent toutes les couches simultanément et laissent le support à nu. Elles ne permettent donc pas le décapage d'une seule couche. D'autre part, elles altèrent toujours une partie non négligeable du matériau supportant les couches, et ne sont pas adaptées au décapage de surface non planes. Ces techniques utilisent de plus des liquides ou des solvants et ne réalisent donc pas un décapage propre. The most commonly used pickling techniques are non-selective techniques: they are generally chemical or mechanical techniques, such as sanding, which pickle all the layers simultaneously and leave the support bare. They therefore do not allow the stripping of a single layer. On the other hand, they always alter a non-negligible part of the material supporting the layers, and are not suitable for pickling non-planar surfaces. These techniques also use liquids or solvents and therefore do not perform a clean pickling.
I1 est connu de décaper un revêtement au moyen d'un laser des dépôts ou des couches déposées sur un matériau. I1 is known to pickle a coating by means of a laser deposits or layers deposited on a material.
Mais les dispositifs de décapage au laser à ce jour n'ont pas pour objectif de surveiller et de contrôler en temps réel l'évolution du décapage, ce qui entraîne la détérioration du support à décaper, et de réaliser un décapage sélectif d'une ou de plusieurs couches sans altérer les sous-couches. De tels dispositif ne permettent pas non plus d'optimiser les paramètres de décapage en fonction de la nature du matériau formant le dépôt à décaper. However, laser stripping devices to date do not aim to monitor and control the progress of stripping in real time, which leads to the deterioration of the support to be stripped, and to carry out selective stripping of one or more several layers without altering the sub-layers. Nor do such devices make it possible to optimize the pickling parameters as a function of the nature of the material forming the deposit to be pickled.
Il existe aussi des dispositifs de décapage mécanique permettant de déterminer si le décapage a été total. C'est le cas notamment du brevet FR 2 549 606 qui décrit un dispositif de contrôle de l'élimination mécanique d'une couche ou d'un dépôt de matériau sur une surface, utilisant un disque abrasif, une source de rayonnement, et des moyens électroniques ou électriques de traitement de signaux et de commande. Cependant, ce dispositif utilise un disque abrasif, il en résulte donc un décapage non homogène, altérant le matériau sur lequel est déposé le revêtement. I1 ne permet pas un contrôle et un suivi en temps réel de l'opération, et n'est donc pas adapté au décapage sélectif d'une seule couche d'un système multicouches, et notamment, au décapage d'une couche de finition sans modifier les sous couches d'accrochage. There are also mechanical pickling devices to determine if the pickling has been complete. This is the case in particular of patent FR 2,549,606 which describes a device for controlling the mechanical removal of a layer or of a deposit of material on a surface, using an abrasive disc, a radiation source, and electronic or electrical signal processing and control means. However, this device uses an abrasive disc, it therefore results in a non-homogeneous pickling, altering the material on which the coating is deposited. I1 does not allow real-time control and monitoring of the operation, and is therefore not suitable for the selective pickling of a single layer of a multilayer system, and in particular, for pickling a finishing layer without modify the bonding sub-layers.
Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif et un procédé de décapage au laser capables de décaper sélectivement une seule couche d'un revêtement multicouches sans altérer les sous couches d'accrochage ou de décaper entièrement le support mais sans altérer celui-ci. Le dispositif et le procédé selon l'invention permettent de plus de déterminer les paramètres d'impulsion laser optimisant le rendement du décapage en fonction de la nature du matériau formant la couche à décaper, et de gérer le positionnement du matériau à décaper. The aim of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing a device and a method of laser pickling capable of selectively pickling a single layer of a multilayer coating without altering the bonding sublayers or of completely stripping the support but without altering it. The device and method according to the invention also make it possible to determine the laser pulse parameters optimizing the pickling yield as a function of the nature of the material forming the layer to be pickled, and to manage the positioning of the material to be pickled.
Pour ce faire, la présente invention a pour objet un dispositif de décapage d'un revêtement multicouches au moyen d'un laser de traitement, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens aptes à mesurer un deuxième rayonnement provenant de particules décapées ou du revêtement, en réponse à un premier rayonnement qui leur est appliqué. To do this, the subject of the present invention is a device for pickling a multilayer coating by means of a treatment laser, characterized in that it comprises means capable of measuring a second radiation coming from pickled particles or from the coating. , in response to a first radiation applied to them.
Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de décapage d'un revêtement multicouche au moyen d'un laser, caractérisé en ce que le premier rayonnement est émis par le laser de traitement. Another object of the invention is to provide a device for pickling a multilayer coating by means of a laser, characterized in that the first radiation is emitted by the treatment laser.
Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de décapage d'un revêtement multicouche au moyen d'un laser, caractérisé en ce que le second rayonnement correspond à une réflexion de premier rayonnement sur le revêtement multicouches. Another object of the invention is to provide a device for pickling a multilayer coating by means of a laser, characterized in that the second radiation corresponds to a reflection of first radiation on the multilayer coating.
Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de décapage d'un revêtement multicouche au moyen d'un laser, caractérisé en ce que le second rayonnement correspond à une transmission du premier rayonnement à travers le revêtement multicouches. Another object of the invention is to provide a device for pickling a multilayer coating by means of a laser, characterized in that the second radiation corresponds to a transmission of the first radiation through the multilayer coating.
Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de décapage d'un revêtement multicouche au moyen d'un laser, caractérisé en ce que le second rayonnement correspond à une émission de rayonnement du revêtement multicouche ou de particules décapées. Another object of the invention is to provide a device for pickling a multilayer coating by means of a laser, characterized in that the second radiation corresponds to an emission of radiation from the multilayer coating or of pickled particles.
L'invention a également pour objet un procédé mettant en oeuvre le dispositif de décapage de revêtement multicouches au moyen d'un laser, caractérisé en ce qu'au moins une couche témoin ou des composés aptes à modifier la réponse optique d'une couche sont intercalés entre les couches du revêtement multicouches. The invention also relates to a method using the pickling device for multilayer coating by means of a laser, characterized in that at least one control layer or compounds capable of modifying the optical response of a layer are interposed between the layers of the multilayer coating.
L'invention a également pour objet un procédé mettant en oeuvre le dispositif de décapage de revêtement multicouches au moyen d'un laser, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour piloter des paramètres d'impulsion du laser du laser de traitement 1. The subject of the invention is also a method using the pickling device for multilayer coating by means of a laser, characterized in that it comprises means for controlling the laser pulse parameters of the treatment laser 1.
L'invention a également pour objet un procédé mettant en oeuvre le dispositif de décapage de revêtement multicouches au moyen d'un laser, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour piloter la position du matériau à décaper par rapport au laser de traitement 1. The invention also relates to a method using the pickling device for multilayer coating by means of a laser, characterized in that it comprises means for controlling the position of the material to be stripped relative to the treatment laser 1 .
Le dispositif de décapage selon l'invention permet ainsi de décaper sélectivement et de façon homogène des surfaces planes ou non, et d'autre part de réduire le temps de préparation des surfaces à décaper, car il n'est pas utile de masquer les parties à ne pas décaper. Ce dispositif permet donc de limiter les opérations de remise en peinture à l'unique réalisation de la couche de finition et donc une économie de produit et de temps. The pickling device according to the invention thus makes it possible to selectively and homogeneously pickle flat or non-planar surfaces, and on the other hand to reduce the preparation time of the surfaces to be pickled, since it is not useful to mask the parts not to be stripped. This device therefore makes it possible to limit the repainting operations to the sole production of the finishing layer and therefore a saving in product and time.
Divers autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lumière de la description d'un exemple de réalisation qui va suivre, donnée en référence au dessin annexé illustrant un schéma d'ensemble d'un dispositif de décapage de couches de peinture au moyen d'un laser de traitement selon l'invention, et éclairé par une source additionnelle dont le rayonnement est réfléchi sur le revêtement. Various other characteristics and advantages will appear in the light of the description of an exemplary embodiment which follows, given with reference to the appended drawing illustrating an overall diagram of a device for stripping paint layers by means of a laser. treatment according to the invention, and lit by an additional source whose radiation is reflected on the coating.
D'après le dessin annexé, le dispositif de décapage selon un mode de réalisation de l'invention comporte un laser 1 apte à décaper un matériau 2, recouvert de souscouches 21, 22 et 23, une source de rayonnement 3 destinée à éclairer la surface du matériau, et un dispositif apte à mesurer la réponse optique de la couche qui est en train d'être décapée. Ce laser 1 est de préférence un laser excimère. Le rayonnement émis par ce laser 1 est orienté vers la surface à décaper au moyen d'un miroir 4, puis est concentré vers la zone de décapage au moyen d'une lentille convergente 5. La source de rayonnement 3 destinée à éclairer la zone irradiée peut être un source monochromatique ou polychromatique, dont les propriétés optiques sont choisies en fonction des propriétés optiques des couches à décaper. La source de rayonnement 3 est de préférence un laser sonde. Le rayonnement émis est dirigé vers la zone irradiée au moyen d'un miroir 6. Le rayonnement réfléchi par la surface traitée est ensuite capté par un détecteur 7, compatible avec la source de rayonnement choisie. On intercale, de façon connue, une sphère intégrante 8, entre la source de rayonnement et le détecteur, de préférence au-dessus de la surface traitée, pour réaliser une homogénéisation du signal réfléchi. Ce détecteur 7 permet d'obtenir un signal dont la lecture indique l'évolution en temps réel de la nature des différentes couches atteintes par le décapage. Ainsi, le pilotage du laser excimère peut être réalisé, dans le but, d'arrêter le décapage avant qu'une sous-couche ne soit décapée, ou d'éviter que le matériau 2 ne soit altéré. De plus, les paramètres du laser 1 peuvent être modifiés en fonction de la nature du matériau de la couche, afin d'optimiser le décapage. According to the appended drawing, the pickling device according to one embodiment of the invention comprises a laser 1 capable of pickling a material 2, covered with sublayers 21, 22 and 23, a source of radiation 3 intended to illuminate the surface of the material, and a device capable of measuring the optical response of the layer which is being pickled. This laser 1 is preferably an excimer laser. The radiation emitted by this laser 1 is oriented towards the surface to be etched by means of a mirror 4, then is concentrated towards the etching zone by means of a converging lens 5. The radiation source 3 intended to illuminate the irradiated area can be a monochromatic or polychromatic source, the optical properties of which are chosen as a function of the optical properties of the layers to be etched. The radiation source 3 is preferably a probe laser. The emitted radiation is directed towards the irradiated zone by means of a mirror 6. The radiation reflected by the treated surface is then picked up by a detector 7, compatible with the chosen radiation source. An integrating sphere 8 is inserted, in known manner, between the radiation source and the detector, preferably above the treated surface, to achieve homogenization of the reflected signal. This detector 7 makes it possible to obtain a signal, the reading of which indicates the evolution in real time of the nature of the different layers affected by pickling. Thus, the control of the excimer laser can be carried out, with the aim of stopping pickling before an undercoat is pickled, or of preventing material 2 from being altered. In addition, the parameters of the laser 1 can be modified according to the nature of the material of the layer, in order to optimize the pickling.
Selon une autre variante d'utilisation du dispositif de décapage selon l'invention, le rayonnement émis par la source de rayonnement 3 est transmis à travers le revêtement multicouche, puis est capté par le détecteur 7. According to another variant of the use of the pickling device according to the invention, the radiation emitted by the radiation source 3 is transmitted through the multilayer coating, then is picked up by the detector 7.
Selon une autre variante d'utilisation, le détecteur 7 mesure un second rayonnement émis par le revêtement ou par des particules décapées, en réponse à l'excitation de ce revêtement ou de ces particules par le rayonnement émis par le laser excimère ou par le rayonnement émis par le laser sonde. According to another variant of use, the detector 7 measures a second radiation emitted by the coating or by pickled particles, in response to the excitation of this coating or these particles by the radiation emitted by the excimer laser or by the radiation. emitted by the laser probe.
Ainsi, le rayonnement réfléchi, transmis ou émis par des particules décapées est capté par le détecteur qui fourni, de même, un signal qui indique en temps réel l'évolution du décapage. Thus, the radiation reflected, transmitted or emitted by pickled particles is picked up by the detector which likewise supplies a signal which indicates the progress of pickling in real time.
La présente invention a aussi pour objet un procédé mettant en oeuvre le dispositif de décapage de revêtement multicouches décrit ci-dessus. Dans le but d'améliorer l'efficacité du dispositif de décapage, on introduit dans le système multicouches une couche témoin ou des composés qui aident ainsi à la détermination de la fin de décapage. The present invention also relates to a method using the pickling device for multilayer coating described above. In order to improve the efficiency of the pickling device, a control layer or compounds are introduced into the multilayer system which thus aid in determining the end of pickling.
On peut ainsi intercaler une couche ayant des propriétés optiques particulières ou introduire dans une des couches des particules qui modifient sa réponse optique. Le pilotage du laser de traitement selon ce procédé peut être réalisé en comparant la réponse optique du revêtement à des valeurs de longueur d'onde de rayonnement préalablement établies. Ainsi, en fonction du type de matériau qui en train d'être décapé grâce au dispositif de décapage, il est possible d'adapter les paramètres d'impulsion du laser de traitement afin de décaper le revêtement plus efficacement.It is thus possible to insert a layer having particular optical properties or to introduce into one of the layers particles which modify its optical response. The control of the treatment laser according to this method can be achieved by comparing the optical response of the coating to previously established radiation wavelength values. Thus, depending on the type of material being stripped using the pickling device, it is possible to adapt the pulse parameters of the treatment laser in order to pickle the coating more effectively.
Ce procédé est donc particulièrement adapté au décapage de couches ayant des propriétés optiques très proches. Le procédé selon la présente invention comporte également des moyens de positionnement du matériau à décaper. Ces moyens peuvent consister en un moteur linéaire ou des moyens équivalents, dont le pilotage est réalisé au moyen des signaux issus du capteur, afin de réaliser le décapage de toute la surface du revêtement, par déplacement de celuici, dès que les signaux issus du capteur auront indiqué que le décapage d'une ou de plusieurs couches d'une portion de revêtement a été réalisé.This process is therefore particularly suitable for pickling layers with very similar optical properties. The method according to the present invention also comprises means for positioning the material to be etched. These means may consist of a linear motor or equivalent means, the control of which is carried out by means of the signals coming from the sensor, in order to effect the pickling of the entire surface of the coating, by displacement of this, as soon as the signals coming from the sensor have indicated that the stripping of one or more layers of a coating portion has been carried out.
Des essais de décapage de revêtements multicouches constitués d'une couche de finition de peinture et de souscouches d'accrochage sur un substrat en aluminium au moyen d'un dispositif de décapage selon l'invention ont été réalisés. Le laser excimère utilisé pour le décapage est un laser Xecl émettant un rayonnement d'une longueur d'onde de 308 nanomètres ; la durée de vie des impulsions de ce laser est de 80 nanosecondes, l'énergie est de 2 joules par tir et la cadence est comprise entre 1 et 50 hertz. Le rayonnement excimère est délivré sur la surface par l'intermédiaire d'une lentille de focalisation de 28 centimètres de focale. Les dimensions de la zone irradiée sont de 4 millimètres par 6 millimètres. Stripping tests of multilayer coatings consisting of a paint finish layer and bonding sublayers on an aluminum substrate by means of a stripping device according to the invention were carried out. The excimer laser used for pickling is an Xecl laser emitting radiation with a wavelength of 308 nanometers; the lifespan of the pulses of this laser is 80 nanoseconds, the energy is 2 joules per shot and the rate is between 1 and 50 hertz. The excimer radiation is delivered to the surface via a 28 cm focal lens. The dimensions of the irradiated area are 4 millimeters by 6 millimeters.
Le suivi en temps réel du décapage est ici obtenu par la mesure du signal de réflexion de la surface à 10,6 micromètres. Pour cela, on utilise un laser sonde C02 émettant un rayonnement d'une longueur d'onde de 10,6 micromètres, continu et de faible puissance dont le flux est dirigé par l'intermédiaire de miroirs vers la surface exposée au rayonnement excimère. Une sphère intégrante, placée au dessus de la surface traitée, permet de collecter l'ensemble du flux réfléchi par la surface à 10,6 micromètres. La mesure du flux réfléchi est effectuée par un détecteur pyroélectrique relié à un enregistreur ou un oscilloscope. Les variations du signal obtenu en temps réel au cours du décapage peuvent être reliées à la nature de la couche externe du système multicouche ; elles donnent donc en temps réel l'état d'avancement du décapage. Here, real-time pickling monitoring is obtained by measuring the surface reflection signal at 10.6 micrometers. For this, a C02 probe laser is used emitting radiation with a wavelength of 10.6 micrometers, continuous and of low power, the flux of which is directed by means of mirrors towards the surface exposed to the excimer radiation. An integrating sphere, placed above the treated surface, collects all of the flux reflected by the surface at 10.6 micrometers. The reflected flux is measured by a pyroelectric detector connected to a recorder or an oscilloscope. The variations in the signal obtained in real time during pickling can be related to the nature of the external layer of the multilayer system; they therefore give real-time status of stripping progress.
C'est ainsi que le décapage sélectif d'un système multicouche constitué d'une couche externe de finition de peinture absorbante à 10,6 micromètres, d'une couche réfléchissante à 10,6 micromètres, et d'une sous couche d'accrochage absorbante à 10,6 micromètres sur un substrat d'aluminium tres réfléchissant à 10,6 micromètres a été réalisé en utilisant un laser XeCl avec une énergie de 1,95 joule par tir et une cadence de 10 hertz. Le diagnostic optique utilisant un laser sonde C02 a permis de visualiser en temps réel le décapage de la couche de finition après 45 tirs successifs, l'élimination après 80 tirs de la sous couche réfléchissante et la disparition après 250 tirs de la couche d'accrochage laissant alors apparaître le substrat. This is how selective pickling of a multilayer system consisting of an outer layer of absorbent paint finish at 10.6 microns, a reflective layer at 10.6 microns, and a bonding under layer absorbent at 10.6 micrometers on a very reflective aluminum substrate at 10.6 micrometers was produced using an XeCl laser with an energy of 1.95 joule per shot and a rate of 10 hertz. The optical diagnosis using a C02 probe laser made it possible to visualize in real time the stripping of the finishing layer after 45 successive shots, the elimination after 80 shots of the reflective under layer and the disappearance after 250 shots of the bonding layer. then revealing the substrate.
Ce dispositif a donc permis de décaper de façon sélective les différentes couches de peinture et d'arrêter le traitement pour décaper les couches les unes après les autres, sans altérer le substrat. Le décapage n'a pas émis de particules ou déchets et a été rapide, propre et homogène. This device therefore made it possible to selectively strip the different layers of paint and to stop the treatment to strip the layers one after the other, without altering the substrate. The pickling did not emit particles or waste and was quick, clean and homogeneous.
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