WO2012127040A1 - Dispositif numerique et adaptatif de focalisation d'un faisceau laser - Google Patents

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Matthieu SCHNEIDER
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Definitions

  • the field of the invention is that of focusing devices of a continuous or pulsed laser beam, also referred to as "focusing heads". These devices are used in all sectors of activity: industrial, medical, food, etc .. and relate to all laser treatment applications, among which we can mention:
  • the laser intervene0 especially for drilling engine cooling systems.
  • Aircraft or helicopter engines have to withstand higher and higher temperatures that can reach the melting temperature of the alloys used.
  • To cool the components of these motors holes are drilled through which circulates a flow of cold insulating air. For larger parts such as 5 fireboxes, the number of holes can reach tens of thousands.
  • These high value-added engine components generally consist of materials with a complex geometry coated or not with a thermal barrier.
  • the laser bores are accurately made in position and with an orientation varying from 15 to 90 degrees with respect to the surface, and a morphology (or shape) specific ("Shape Hole") of diameter generally variable depending on the depth . Mastering these holes is one of the keys to the performance and life of these engines.
  • a pulsed laser is focused with pulse durations of the order of 1 ms, at rates up to up to 100 Hz.
  • pulse durations of the order of 1 ms, at rates up to up to 100 Hz.
  • the focal length (F) of a lens designates the distance which separates the plane of the lens assimilated to a thin lens from the plane of smaller diameter of the beam in which the light rays are focused on its optical axis
  • the diameter of the beam at the focal point of a lens designated by the diameter of the focal spot ( ⁇ ) is proportional to the focal length (F) of the lens used and inversely proportional to the diameter of the beam incident on this lens,
  • the working distance (D) is the distance that separates the focusing lens from the workpiece: in practice the working distance does not necessarily correspond to the focal length of the lens,
  • operation refers to the continuous or pulsed laser irradiation of one or more pulses, whatever their number, their energies, their durations and their temporal profiles.
  • a fixed-focus focusing head F displaced during the drilling process, and controlled by the axis specific to the drilling machine on which this head is installed, which makes it possible to vary the working distance D between the focusing head and the surface of the piece,
  • a digital telescope at the laser cavity output, situated upstream of the focusing head and adjusted outside the drilling method, which makes it possible to vary the diameter of the laser beam on the focusing lens and therefore the diameter of the spot focal ( ⁇ ).
  • None of these devices makes it possible to vary the diameter of the focal spot ( ⁇ ) during the piercing process: in particular, it is necessary to interrupt the operation of the piercing process to manually replace the focusing lens, which is tedious, and time-consuming for all the laser applications mentioned above. It is the same for the setting of the telescope at the output of the laser cavity.
  • the invention is based on the principle of varying during operation of the method, the focusing parameters of a laser beam, so as to control the diameter ( ⁇ ) of the focal spot as a function of the depth following the beam path.
  • the invention relates to a device for focusing a laser beam in a focusing plane in a focal spot of diameter ⁇ , which comprises in its optical path:
  • a first motorization equipment able to translate on the optical path at least two lenses of the first group to vary the magnification of the laser beam at the output of this first group.
  • a second group of variable focal length comprising at least two lenses spaced apart from each other
  • a second motorization device capable of translating at least one lens of the second group in the optical path so as to vary the focal length of this second group
  • a device is thus obtained which makes it possible to adapt the diameter of the focal spot and / or the distance of the focusing plane, by modifying the focal length of the second group. Changing the distance of the focusing plane also makes it possible to adapt the working distance to the workpiece. And this is achieved without translate the device itself as is the case for the devices of the state of the prior art with the axes of the machine.
  • the second motorization equipment comprises means for translating all the lenses of the second group integrally.
  • the device comprises a display system equipped with an acquired image processing unit, coupled to the control software interface of the electronic control to adjust the diameter of the laser beam at the output of the first group and / or the distance of the focusing plane and / or the focal length of the second group according to the images processed.
  • the control of the software interface can be automatic or semi-automatic or manual.
  • FIGS. 1 schematically represent an example of a digital and adaptive focusing device according to the invention, with a focusing group with a variable focus comprising two lenses, one of which is motorized, FIG. 1 a showing an example of configuration of the optical elements ensuring the magnification. and the focusing, FIG. 1b, the device equipped with its electronic control, its software interface, and a display system,
  • FIGS. 2 schematically represent an example of a digital and adaptive focusing device according to the invention, with a focussing group with variable focal length and / or with a variable working distance comprising two motorized lenses, FIG. 2a showing an exemplary configuration of FIG. optical elements providing magnification and focusing, FIG. 2b, the device equipped with its electronic control, its software interface, and of a display system, Figure 2c being a variant of Figure 2b with a folded laser beam path.
  • FIGS. 1 to 2 show an example of an adaptive focusing device for an incoming laser beam 1 according to the invention. It comprises :
  • a first group of lenses with at least three lenses this telescope group providing a magnification function of the incoming laser beam 1; three lenses are shown in Figure 1, a divergent lens L1 1, a convergent lens L12 and a divergent lens L13;
  • a first motorization equipment able to translate on the optical axis at least two lenses of this first group so as to vary at the output of this first group the magnification of the beam and therefore the diameter ⁇ of the focal spot at the output of the device.
  • it comprises a first element 120 of motorization of the lens L12, and a second element 130 of motorization of the lens L13, the lens L1 1 being fixed;
  • these motorization elements are typically micromotors associated with ball drive screws 140 and micro guide elements such as rails 150, to obtain a precise translation of the lenses in a pitch of 1.25 ⁇ for example;
  • this second group of lenses 20 with variable focal length (F) comprises a convergent lens L21 and a divergent lens L22, preferably protected from pollution by a window 23;
  • a second motorization device 210 capable of translating, on the optical path independently of the device, at least one lens of this second group so as to vary the focal length (F) of this second group , possibly a large amplitude (from 50 mm to 300 mm, for example, as will be seen in an example below), thus making it possible to cover with a single device all the laser processes: laser cutting with short focal lengths of 50m to 75mm , via micro welding with focal lengths around 150mm, spot or bead welding and aeronautical drilling with focal lengths around 200mm up to the splicing of sheet metal with focal lengths around 300mm.
  • this second motorization equipment comprises two motorization elements 210, 220, that of the lens L21 and that of the lens L22, of the same type as the previous ones.
  • This second motorization equipment is of course connected to an electronic control 40 described below.
  • an electronic control 40 described below.
  • the electronic controls of each motorization are independent of each other. They are advantageously grouped in an element 40 as shown in the figures.
  • an electronic control 40 of the motorization equipment that is to say a control of the translations of the moving lenses of the two groups of lenses, ie at least the lenses L12 , L13; this command also provides a synchronization function for taking pictures when the device is equipped with a display system, as will be seen later, as well as a function of synchronization of translations in relation to the pulses of the laser. Indeed, when the pulse frequency is not too high ( ⁇ 10 Hz), we can take an image of the hole drilled after each laser pulse, measure the diameter and translate the moving lenses relative to the fixed lenses to adapt the focus parameters during the process;
  • a software interface 50 programming all the adjustable parameters. It controls the electronic control according to the desired diameter ⁇ for the focal spot (which is related to the diameter at the output of the first group "telescope") and possibly according to the working distance D and / or the distance of the desired focusing plane at the output of the device.
  • the parameters: diameter ( ⁇ ), working distance (D) and distance from the plane of focus at the output of the device can be controlled independently of one another or on the contrary be correlated. This control of the electronic control can be ensured automatically during operation of the device according to a predetermined programming in the software interface.
  • the focusing device is advantageously equipped with a display system comprising a digital imaging device capable of forming the images of an observation plane which may be the focal plane of the device or more generally be a plane located at a predetermined distance.
  • This display system typically comprises a dichroic plate 32 located on the optical path between the first and second lens group, for example as shown in the figures, and an imaging device 31 capable of forming the images reflected by the dichroic plate.
  • This imaging device may itself be equipped with an optics for sizing the field of view to be observed and may also be equipped with a motor for adjusting the focus on the sharpness of the images.
  • the imaging device 31 also includes a unit for processing the acquired images.
  • This visualization system makes it possible, for example, to determine the dimensions of the impact of the laser spot and / or the hole in the observation plane, and / or the state of the surface of the material, etc. as indicated previously.
  • the focal spot is represented by a dot according to the usual conventions, but in practice there is indeed an effective diameter ⁇ of focal spot, located in the plane of focus of the device.
  • a lighting device 33 of the observation plane can be added in the form of, for example, a ring of light-emitting diodes centered on the optical axis.
  • the image processing unit is connected to the software interface 50 so as to achieve servocontrol of the above-mentioned focusing parameters as a function of the images obtained. This allows during operation of the process to automatically change the focusing parameters of the laser beam according to the analyzes of the digital images of the phenomena to be observed.
  • the morphology of the holes can be analyzed at predetermined intervals or continuously.
  • the morphology of the piercing can be analyzed between each pulse or during the pulses so that the focusing parameters are adapted to be able to correct the morphology of the hole as a function, for example, of the user specifications.
  • the rate of the imaging device is adapted to that of the pulsed laser. For example, a camera with a frame rate of at least 100 frames / second is used.
  • the trajectory of the beam can be folded within the device as shown in Figure 2c; this may apply to the case previously described.
  • this device makes it possible to vary all the focusing parameters of the laser beam, whether in free propagation or fibered, automatically according to the programming of the software interface.
  • this focusing device comprises, for these optical functions of magnification and focusing only dioptric components as shown in the figures, but it could more generally comprise catadioptric components, such as mirrors for example.
  • the device previously described in FIG. 1 has been produced with an adjustable focal length between 75 and 300 mm, and a magnification of the diameter of the focal spot by a factor of 4.
  • L21 is the first movable lens relative to the second lens L22 whose position is fixed.
  • L21 is a convergent focal lens 100mm and L22 is a divergent lens -100mm focal length.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de focalisation d'un faisceau laser en une tache focale de diamètre Φ, qui comprend sur son trajet optique : - un premier groupe (10) d'au moins trois lentilles (L11, L12, L13), de type télescope et - un premier équipement de motorisation (120, 130) apte à translater sur le trajet optique au moins deux lentilles (L12, L13) du premier groupe pour faire varier le grossissement du faisceau laser en sortie de ce premier groupe. Il comporte : - un deuxième groupe (20) de focale variable comportant au moins deux lentilles (L21, L22) distantes entre elles, - un deuxième équipement de motorisation (210) apte à translater sur le trajet optique au moins une lentille (L21 ) du deuxième groupe de manière à faire varier la focale de ce deuxième groupe, - une commande électronique (40) de chaque équipement de motorisation et de synchronisation reliée à - une interface logicielle (50) de pilotage de la commande électronique de manière à faire varier le diamètre du faisceau laser en sortie du premier groupe et donc le diamètre Φ de la tache focale et/ou la distance du plan de focalisation.

Description

DISPOSITIF NUMERIQUE ET ADAPTATIF DE FOCALISATION D'UN FAISCEAU LASER
Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de focalisation d'un faisceau laser continu ou puisé, également désignés : « têtes de focalisation ». 5 Ces dispositifs sont utilisés dans tous les secteurs d'activités : industriel, médical, agroalimentaire, etc .. et concernent toutes les applications de traitement par laser, parmi lesquelles on peut citer :
- le perçage (percussion, trépanation),
- le soudage,
0 - la découpe,
- le rechargement,
- le frittage,
- le choc laser (mise sous contraintes des surfaces, endommagement des matériaux, test d'adhérence, etc.),
5 - le traitement de surface (décapage, refusion, etc .),
- la gravure en surface et dans la matière,
- etc ..
Dans le domaine de l'industrie aéronautique, le laser intervient0 notamment pour le perçage des systèmes de refroidissement des moteurs. Les moteurs d'avions ou d'hélicoptères doivent supporter des températures de plus en plus élevées pouvant atteindre la température de fusion des alliages utilisés. Pour refroidir les composants de ces moteurs on perce des trous à travers lesquels circule un flux d'air froid isolant. Pour les plus grandes pièces comme5 les chambres à combustion, le nombre de perçages peut atteindre plusieurs dizaines de milliers. Ces composants de moteur à forte valeur ajoutée sont généralement constitués de matériaux à géométrie complexe revêtue ou non d'une barrière thermique. Les perçages laser sont réalisés avec précision dans la position et avec une orientation variant de 15 à 90 degrés par rapport à la0 surface, et une morphologie (ou forme) spécifique (« Shape Hole >>) de diamètre généralement variable en fonction de la profondeur. La maîtrise de ces perçages est l'une des clés de la performance et de la durée de vie de ces moteurs.
Pour réaliser ces trous, on focalise un laser impulsionnel avec des5 durées d'impulsions de l'ordre de 1 ms, à des cadences pouvant atteindre jusqu'à 100 Hz. Pour respecter la morphologie requise pour le trou, il est nécessaire d'adapter les paramètres spatiaux du faisceau laser focalisé en fonction de la nature des matériaux à percer et de leur épaisseur. Il s'agit donc d'adapter le diamètre de la tache focale en fonction de la profondeur du trou pendant le perçage.
On rappelle que :
-la focale (F) d'une lentille désigne la distance qui sépare le plan de la lentille assimilée à une lentille mince, du plan de plus petit diamètre du faisceau où sont focalisés les rayons lumineux sur son axe optique,
-le diamètre du faisceau au point de focalisation d'une lentille, désigné par le diamètre de la tache focale (Φ) est proportionnel à la focale (F) de la lentille utilisée et inversement proportionnel au diamètre du faisceau incident sur cette lentille,
-la distance de travail (D) est la distance qui sépare la lentille de focalisation de la pièce : en pratique la distance de travail ne correspond pas forcément à la focale de la lentille,
-le terme « fonctionnement >> se rapporte à l'irradiation laser continue ou impulsionnelle d'une ou plusieurs impulsions quelques soient leur nombre, leurs énergies, leurs durées et leurs profils temporels.
Pour assurer ces fonctions on utilise actuellement :
- une tête de focalisation à focale fixe F, déplacée en cours du procédé de perçage, et commandée par l'axe propre à la machine de perçage sur lequel cette tête est installée, ce qui permet de faire varier la distance de travail D entre la tête de focalisation et la surface de la pièce,
- et un télescope numérique en sortie de cavité laser, situé en amont de la tête de focalisation et réglé en dehors du procédé de perçage, qui permet de faire varier le diamètre du faisceau laser sur la lentille de focalisation et donc le diamètre de la tache focale (Φ).
Aucun de ces équipements ne permet de faire varier le diamètre de la tache focale (Φ) au cours du procédé de perçage : en particulier il faut interrompre le fonctionnement du procédé de perçage pour remplacer manuellement la lentille de focalisation, ce qui est fastidieux, et chronophage pour l'ensemble des applications laser précédemment citées. Il en est de même pour le réglage du télescope en sortie de cavité laser.
Il demeure donc à ce jour un besoin pour un dispositif de focalisation d'un faisceau laser donnant satisfaction en termes d'adaptation du diamètre de la tache focale du faisceau laser en fonction de la profondeur et en cours de fonctionnement du procédé.
L'invention est basée sur le principe qui consiste à faire varier en cours de fonctionnement du procédé, les paramètres de focalisation d'un faisceau laser, de manière à contrôler le diamètre (Φ) de la tache focale en fonction de la profondeur suivant la trajectoire du faisceau.
L'invention a pour objet un dispositif de focalisation d'un faisceau laser dans un plan de focalisation en une tache focale de diamètre Φ, qui comprend sur son trajet optique :
- un premier groupe d'au moins trois lentilles, de type télescope et
- un premier équipement de motorisation apte à translater sur le trajet optique au moins deux lentilles du premier groupe pour faire varier le grossissement du faisceau laser en sortie de ce premier groupe.
Il est principalement caractérisé en ce qu'il comporte :
- un deuxième groupe de focale variable comportant au moins deux lentilles distantes entre elles,
- un deuxième équipement de motorisation apte à translater sur le trajet optique au moins une lentille du deuxième groupe de manière à faire varier la focale de ce deuxième groupe,
- une commande électronique de chaque équipement de motorisation et de synchronisation, reliée à une interface logicielle de pilotage de la commande électronique de manière à faire varier le diamètre du faisceau laser en sortie du premier groupe et/ou la distance du plan de focalisation.
On obtient ainsi un dispositif qui permet d'adapter le diamètre de la tache focale et/ou la distance du plan de focalisation, en modifiant la focale du deuxième groupe. Modifier la distance du plan de focalisation, permet aussi d'adapter la distance de travail par rapport à la pièce. Et ceci est obtenu sans translater le dispositif lui-même comme c'est le cas pour les dispositifs de l'état de l'art antérieur avec les axes de la machine.
Selon une caractéristique de l'invention, le deuxième équipement de motorisation comprend des moyens pour translater toutes les lentilles du deuxième groupe solidairement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un système de visualisation équipé d'une unité de traitement des images acquises, couplée à l'interface logicielle de pilotage de la commande électronique pour adapter le diamètre du faisceau laser en sortie du premier groupe et/ou la distance du plan de focalisation et/ou la focale du deuxième groupe en fonction des images traitées.
Le pilotage de l'interface logicielle peut être automatique ou semi- automatique ou manuel.
On obtient ainsi un dispositif de focalisation automatique et adaptatif qui répond bien au besoin de régler, adapter et asservir les paramètres d'un faisceau laser focalisé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- les figures 1 représentent schématiquement un exemple de dispositif de focalisation numérique et adaptatif selon l'invention, avec un groupe de focalisation à focale variable comportant deux lentilles dont une motorisée, la figure 1 a représentant un exemple de configuration des éléments optiques assurant le grossissement et la focalisation, la figure 1 b, le dispositif équipé de sa commande électronique, de son interface logicielle, et d'un système de visualisation,
- les figures 2 représentent schématiquement un exemple de dispositif de focalisation numérique et adaptatif selon l'invention, avec un groupe de focalisation à focale variable et/ou à distance de travail variable comportant deux lentilles motorisées, la figure 2a représentant un exemple de configuration des éléments optiques assurant le grossissement et la focalisation, la figure 2b, le dispositif équipé de sa commande électronique, de son interface logicielle, et d'un système de visualisation, la figure 2c étant une variante de la figure 2b avec une trajectoire de faisceau laser repliée.
D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références.
On décrit en relation avec les figures 1 à 2 un exemple de dispositif adaptatif de focalisation d'un faisceau laser entrant 1 selon l'invention. Il comporte :
- sur le trajet optique, un premier groupe de lentilles 10 avec au moins trois lentilles, ce groupe de type télescope assurant une fonction de grossissement du faisceau laser entrant 1 ; trois lentilles sont montrées sur la figure 1 , une lentille L1 1 divergente, une lentille L12 convergente et une lentille L13 divergente ;
- associé à ce premier groupe « télescope » 10, un premier équipement de motorisation apte à translater sur l'axe optique au moins deux lentilles de ce premier groupe de manière à faire varier en sortie de ce premier groupe le grossissement du faisceau et donc le diamètre Φ de la tache focale en sortie du dispositif. Dans l'exemple des figures, il comprend un premier élément 120 de motorisation de la lentille L12, et un deuxième élément 130 de motorisation de la lentille L13, la lentille L1 1 étant fixe ; ces éléments de motorisation sont typiquement des micromoteurs associés à des vis de transmissions à billes 140 et à des micro éléments de guidage tels que des rails 150, pour obtenir une translation précise des lentilles selon un pas de 1 ,25 μιη par exemple ;
- sur le trajet optique, un deuxième groupe de lentilles 20 avec au moins deux lentilles L21 , L22 distantes entre elles (comme on peut le voir sur les figures), ce deuxième groupe assurant une fonction de focalisation du faisceau laser grossi 1 , à une distance focale F. Selon un exemple de réalisation montré figures 1 , ce deuxième groupe de lentilles 20 à focale (F) variable comporte une lentille convergente L21 et une lentille divergente L22, de préférence protégées de la pollution par une fenêtre 23 ;
- associé à ce deuxième groupe de focalisation 20, un deuxième équipement de motorisation 210, apte à translater sur le trajet optique indépendamment du dispositif, au moins une lentille de ce deuxième groupe de manière à faire varier la focale (F) de ce deuxième groupe, selon éventuellement une amplitude importante (de 50 mm à 300 mm par exemple comme on le verra dans un exemple plus loin), permettant ainsi de couvrir avec un seul dispositif l'ensemble des procédés laser : de la découpe laser avec des focales courtes de 50m à 75mm, en passant par le micro soudage avec des focales autour de 150mm, le soudage par points ou par cordon et le perçage aéronautique avec des focales autour de 200mm jusqu'au raboutage de tôle avec des focales autour des 300mm.
Dans l'exemple de la figure 1 a, il comprend un seul élément de motorisation 210 celui de la lentille L21 (du même type que les précédents), la lentille L22 étant fixe. Dans ce cas le déplacement de la lentille L21 permet de faire varier la focale (F) résultant de l'association des deux lentilles L21 et L22 de ce deuxième groupe. Selon une variante représentée figures 2, ce deuxième équipement de motorisation comprend deux éléments de motorisation 210, 220, celui de la lentille L21 et celui de la lentille L22, du même type que les précédents.
Ce deuxième équipement de motorisation est bien sûr relié à une commande électronique 40 décrite plus loin. Lorsque toutes les lentilles du deuxième groupe 20 sont motorisées, il est aussi possible de faire varier :
o la focale (F) du deuxième groupe (et donc la distance du plan de focalisation et la distance de travail) comme décrit ci-dessus ou
o la distance du plan de focalisation et donc la distance de travail (D), sans faire varier la focale (F), en translatant solidairement l'ensemble des lentilles de ce deuxième groupe 20.
Les commandes électroniques de chaque motorisation sont indépendantes les unes des autres. Elles sont avantageusement regroupées dans un élément 40 comme représenté sur les figures.
- une commande électronique 40 de l'équipement de motorisation (ou des équipements de motorisation comme mentionné ci-dessus), c'est-à-dire une commande des translations des lentilles mobiles des deux groupes de lentilles, soit au moins les lentilles L12, L13 ; cette commande assure également une fonction de synchronisation pour les prises d'images lorsque le dispositif est équipé d'un système de visualisation, comme on le verra plus loin, ainsi qu'une fonction de synchronisation des translations en relation avec les impulsions du laser. En effet lorsque la fréquence des impulsons n'est pas trop élevée (<10Hz), on peut prendre une image du trou percé après chaque impulsion laser, en mesurer le diamètre et translater les lentilles mobiles par rapport aux lentilles fixes de façon à adapter les paramètres de focalisations en cours de procédé;
- reliée à cette commande électronique, une interface logicielle 50 de programmation de l'ensemble des paramètres réglables. Elle assure le pilotage de la commande électronique en fonction du diamètre désiré Φ pour la tache focale (qui est lié au diamètre en sortie du premier groupe « télescope >>) et éventuellement en fonction de la distance de travail D et/ou de la distance du plan de focalisation désirées en sortie du dispositif. Selon les applications, les paramètres : diamètre (Φ), distance de travail (D) et distance du plan de focalisation en sortie du dispositif, peuvent être pilotés indépendamment l'un de l'autre ou au contraire être corrélés. Ce pilotage de la commande électronique peut être assuré automatiquement pendant le fonctionnement du dispositif selon une programmation préétablie dans l'interface logicielle.
Le dispositif de focalisation est avantageusement équipé d'un système de visualisation 30 comportant un dispositif d'imagerie numérique apte à former les images d'un plan d'observation qui peut être le plan focal du dispositif ou plus généralement être un plan situé à une distance prédéterminée.
Ce système de visualisation comporte typiquement une lame dichroïque 32 située sur le trajet optique entre le premier et le deuxième groupe de lentilles par exemple comme montré sur les figures, et un dispositif d'imagerie 31 apte à former les images réfléchies par la lame dichroïque. Ce dispositif d'imagerie peut lui-même être équipé d'une optique pour dimensionner le champ de vision à observer et peut également être équipé d'une motorisation pour effectuer un réglage de mise au point sur la netteté des images. Le dispositif d'imagerie 31 comprend également une unité de traitement des images acquises. Ce système de visualisation permet par exemple de déterminer les dimensions de l'impact de la tache laser et/ou du trou dans le plan d'observation, et/ou l'état de la surface du matériau, etc.. comme indiqué précédemment. Sur les figures, la tache focale est représentée par un point selon les conventions habituelles, mais dans la pratique il existe bien un diamètre effectif Φ de tache focale, située dans le plan de focalisation du dispositif. Pour faciliter l'observation, un dispositif d'éclairage 33 du plan d'observation peut être ajouté sous forme par exemple d'une couronne de diodes électroluminescentes centrées sur l'axe optique. L'unité de traitement d'images est reliée à l'interface logicielle 50 de manière à réaliser un asservissement des paramètres de focalisation précédemment cités en fonction des images obtenues. Cela permet en cours de fonctionnement du procédé de modifier automatiquement les paramètres de focalisation du faisceau laser en fonction des analyses des images numériques des phénomènes à observer.
Dans le cas des applications aéronautiques, la morphologie des perçages (dimensions du trou selon sa profondeur) peut être analysée à intervalles prédéterminés ou en continu. Dans le cas de l'utilisation d'un laser impulsionnel, la morphologie du perçage peut être analysée entre chaque impulsion ou pendant les impulsions de façon à ce que les paramètres de focalisation soient adaptés pour pouvoir rectifier la morphologie du trou en fonction par exemple des spécifications de l'utilisateur. Bien sûr, la cadence du dispositif d'imagerie est adaptée à celle du laser impulsionnel. On utilise par exemple une caméra dotée d'une cadence d'au moins 1 00 images/seconde.
La trajectoire du faisceau peut être repliée au sein du dispositif comme illustré figure 2c ; cela peut s'appliquer au cas précédemment décrit.
Quel que soit son mode de réalisation, ce dispositif permet de faire varier l'ensemble des paramètres de focalisation du faisceau laser, qu'il soit en propagation libre ou fibrée, de façon automatique en fonction de la programmation de l'interface logicielle.
De préférence, ce dispositif de focalisation ne comporte pour assurer ces fonctions optiques de grossissement et de focalisation que des composants dioptriques comme montré sur les figures, mais il pourrait comporter plus généralement des composants catadioptriques, tels que des miroirs par exemple. A titre de validation le dispositif précédemment décrit figure 1 a a été réalisé avec une focale réglable entre 75 et 300 mm, et un grossissement du diamètre de la tache focale d'un facteur 4.
Une maquette du dispositif selon l'invention a été réalisée avec un groupe de 2 lentilles L21 et L22 : L21 est la première lentille mobile par rapport à la deuxième lentille L22 dont la position est fixe. L21 est une lentille convergente de focale 100mm et L22 est une lentille divergente de focale -100mm. En déplaçant L21 par rapport à L22 on fait varier sur une amplitude importante la focale résultante de ce groupe de 2 lentilles ; les résultats sont affichés dans le tableau ci-après :
Figure imgf000011_0001

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif de focalisation d'un faisceau laser dans un plan de focalisation en une tache focale de diamètre Φ, qui comprend sur son trajet optique :
- un premier groupe (10) d'au moins trois lentilles (L1 1 , L12, L13), de type télescope et
- un premier équipement de motorisation (120, 130) apte à translater sur le trajet optique au moins deux lentilles (L12, L13) du premier groupe pour faire varier le grossissement du faisceau laser en sortie de ce premier groupe,
caractérisé en ce qu'il comporte :
- un deuxième groupe (20) de focale variable comportant au moins deux lentilles (L21 , L22) distantes entre elles,
- un deuxième équipement de motorisation (210) apte à translater sur le trajet optique au moins une lentille (L21 ) du deuxième groupe de manière à faire varier la focale de ce deuxième groupe,
- une commande électronique (40) de chaque équipement de motorisation et de synchronisation reliée à
- une interface logicielle (50) de pilotage de la commande électronique de manière à faire varier le diamètre du faisceau laser en sortie du premier groupe et donc le diamètre Φ de la tache focale et/ou la distance du plan de focalisation.
Dispositif de focalisation d'un faisceau laser selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le deuxième équipement de motorisation comprend des moyens (210, 220) pour translater toutes les lentilles du deuxième groupe solidairement.
Dispositif de focalisation d'un faisceau laser selon l'une des revendication 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un système de visualisation (30) apte à former l'image d'un plan d'observation situé dans un plan perpendiculaire au trajet optique, en aval du dispositif à une distance d prédéterminée, et équipé d'une unité de traitement des images acquises, couplée à l'interface logicielle (50) de pilotage de la commande électronique (40) pour adapter le diamètre du faisceau laser en sortie du premier groupe et/ou la focale du deuxième groupe de lentilles et/ou la distance du plan de focalisation en fonction des images traitées.
Dispositif de focalisation d'un faisceau laser selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pilotage de l'interface logicielle est automatique ou semi-automatique.
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