CA2074635A1 - Procede de decoupe profonde par faisceau laser d'un materiau recouvrant un substrat et dispositifs pour sa mise en oeuvre - Google Patents
Procede de decoupe profonde par faisceau laser d'un materiau recouvrant un substrat et dispositifs pour sa mise en oeuvreInfo
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Abstract
- L'invention concerne un procédé de découpe profonde par faisceau laser d'un matériau recouvrant un substrat et des dispositifs pour sa mise en oeuvre. - L'objet de l'invention est un procédé de découpe profonde par faisceau laser d'un matériau recouvrant un substrat, ledit matériau absorbant le rayonnement laser et se présentant sous forme d'une feuille, pellicule, gaine ou analogue et le substrat étant en un matériau susceptible ou non de réfléchir ce rayonnement, caractérisé en ce qu'il consiste : - à transformer le faisceau de sortie de la source laser (1) en un pinceau mince (8), en sorte de créer un champ de focalisation (14) en forme de lame mince, présentant une profondeur de focalisation importante, pouvant atteindre plusieurs millimètres et à l'intérieur duquel les variations de la densité d'énergie du rayonnement laser sont inférieures à une valeur prédéterminée, suffisante pour entraîner l'enlèvement, par fusion ou ablation, dudit matériau sur toute son épaisseur, - et, par un déplacement relatif entre ledit champ de focalisation (14) et ledit matériau à découper (21), à faire défiler ce dernier sur toute son épaisseur dans ledit champ de focalisation (14) en maintenant ce champ sensiblement perpendiculaire à la surface externe, ou à une génératrice de la surface externe, dudit matériau. - Application notamment au dénudage de câbles électriques. FIGURE 1
Description
207~3~
PROCEDE DE DECOUPE PROFONDE: PA~ FAISC5AU L~gER
D ' U~l NATERIAU RECOUVRA~T Ul~ ~UBSTRaT ET ~:
DISP08ITIFS POUR 8A ~I8E EN OEIJVRE
La présente invention a trait à la découpe profonde à
l'aide d'un faisceau laser d'un matériau recouvrant un substrat et, plus précisément, un matériau absorbant le rayonnement laser et recouvrant un substrat susceptible ou non 5 de réfléchir ce rayonnement et vise plus particuli~rement encore, bien que non exclusivement, le dénudage de câbles.
Par câbles, on entend tous conducteurs ~lectriques, monofilaires, multifilaires, blind~s ou non.
L'industrie aérospatiale, entre autres, utilise de grandes 10 quantités de câbles pour les commandes et les liaisons électriques et en particulier des câbles blindés surgaines, constitués d'une pluralité de conducteurs électriques isolés par une gaine latérale~ Ces conducteurs, places les uns à c8té
des autres en faisceau, sont entourés d'un blindage recouvert 15 d'une gaine protectrice et isolante.
~ Pour pouvoir les utiliser et les raccorder, il est nécessaire de dénuder leurs extrémités. Cette opération de dénudage consiste essentiellement ~ enlever, sur une certaine longueur, la gaine protectrice exterieure du c~ble pour 20 laisser apparaItre l'extrémité du blindage, sans détériorer celui-ci.
Les dispositifs de dénudage actuellement connus, qu'ils soient thermiques ou mécaniques, ne donnent pas satisfaction.
~ es denudeurs automatiques à couteaux de forme épousant la 25 g~om~trie des cables ne s'appliquent pas aux câbles ne présentant pas de symétrie de revolution, tels que les câbles ,. , , . . ~-- .: - . .
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PROCEDE DE DECOUPE PROFONDE: PA~ FAISC5AU L~gER
D ' U~l NATERIAU RECOUVRA~T Ul~ ~UBSTRaT ET ~:
DISP08ITIFS POUR 8A ~I8E EN OEIJVRE
La présente invention a trait à la découpe profonde à
l'aide d'un faisceau laser d'un matériau recouvrant un substrat et, plus précisément, un matériau absorbant le rayonnement laser et recouvrant un substrat susceptible ou non 5 de réfléchir ce rayonnement et vise plus particuli~rement encore, bien que non exclusivement, le dénudage de câbles.
Par câbles, on entend tous conducteurs ~lectriques, monofilaires, multifilaires, blind~s ou non.
L'industrie aérospatiale, entre autres, utilise de grandes 10 quantités de câbles pour les commandes et les liaisons électriques et en particulier des câbles blindés surgaines, constitués d'une pluralité de conducteurs électriques isolés par une gaine latérale~ Ces conducteurs, places les uns à c8té
des autres en faisceau, sont entourés d'un blindage recouvert 15 d'une gaine protectrice et isolante.
~ Pour pouvoir les utiliser et les raccorder, il est nécessaire de dénuder leurs extrémités. Cette opération de dénudage consiste essentiellement ~ enlever, sur une certaine longueur, la gaine protectrice exterieure du c~ble pour 20 laisser apparaItre l'extrémité du blindage, sans détériorer celui-ci.
Les dispositifs de dénudage actuellement connus, qu'ils soient thermiques ou mécaniques, ne donnent pas satisfaction.
~ es denudeurs automatiques à couteaux de forme épousant la 25 g~om~trie des cables ne s'appliquent pas aux câbles ne présentant pas de symétrie de revolution, tels que les câbles ,. , , . . ~-- .: - . .
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blindés torsadés, pour lesquels seul le scalpel manuel est acceptable. Toutefois, cette technique du scalpel est primitive, prend du temps et devient vite contraignante dès lors que le volume de câblage devient important et est 5 aleatoire en ce sens qu'elle est tributaire de la dextérite de l'opierateur, implique un contrôle systematique de qualit!e et aboutit neanmoins à un volume de rebut non nul.
Le risque d'endommagement des câbles peut être reduit par l'emploi de dénudeurs thermiques, particulièrement efficaces 10 pour des conducteurs fins et ronds.
Mais ces outils sont lents et requièrent un calibrage pr~cis des électrodes chauffantes, dont la température et la propreté doivent être contrôl~es fréquemment. Malheureusement, ce procédé est inadapte au cas des films polyimides qui ne 15 presentent pas de point de fusion. Il en est de même pour certains isolants qui ont tendance à adherer aux fils conducteurs après chauffage.
Le laser est, par ailleurs, egalement utilise pour l'attaque du revêtement exterieur d'un câble par ablation, 20 c'est-~-dire par echauffement puis vaporisation du materiau absorbant. L'absence de contact entre le moyen de d~ecoupe et le câble permet d'envisager, si les plages de fonctionnement l'autorisent, une bonne reproductibilite de l'operation de denudage, le resultat etant totalement dissocie du doigte ou 25 du savoir-faire des opérateurs.
Il existe actuellement quelques machines permettant la découpe de l'isolant exterieur à l'aide d'un faisceau laser.
Ce procede fonctionne dans le cas de câble simple, circulaire et d'epaisseur constante. Le principe est base sur 30 la focalisation du faisceau, en jouant sur les indices de reflexion des materiaux en presence, ainsi que sur les longueurs d'onde qu'ils peuvent absorber.
L'action du faisceau laser est limitee à la zone de focalisation, laquelle est de dimensions trop restreinte pour 35 prendre en compte des variations de profils de la gaine en sorte que dans le cas de cable ou conducteurs ne presentant pas de symetrie de revolution, le denudage de la gaine exterieure est non homogène.
Malheureusement de nombreux câbles utilises dans 40 l'industrie aeronautique et spatiale ne sont pas cylindriques
blindés torsadés, pour lesquels seul le scalpel manuel est acceptable. Toutefois, cette technique du scalpel est primitive, prend du temps et devient vite contraignante dès lors que le volume de câblage devient important et est 5 aleatoire en ce sens qu'elle est tributaire de la dextérite de l'opierateur, implique un contrôle systematique de qualit!e et aboutit neanmoins à un volume de rebut non nul.
Le risque d'endommagement des câbles peut être reduit par l'emploi de dénudeurs thermiques, particulièrement efficaces 10 pour des conducteurs fins et ronds.
Mais ces outils sont lents et requièrent un calibrage pr~cis des électrodes chauffantes, dont la température et la propreté doivent être contrôl~es fréquemment. Malheureusement, ce procédé est inadapte au cas des films polyimides qui ne 15 presentent pas de point de fusion. Il en est de même pour certains isolants qui ont tendance à adherer aux fils conducteurs après chauffage.
Le laser est, par ailleurs, egalement utilise pour l'attaque du revêtement exterieur d'un câble par ablation, 20 c'est-~-dire par echauffement puis vaporisation du materiau absorbant. L'absence de contact entre le moyen de d~ecoupe et le câble permet d'envisager, si les plages de fonctionnement l'autorisent, une bonne reproductibilite de l'operation de denudage, le resultat etant totalement dissocie du doigte ou 25 du savoir-faire des opérateurs.
Il existe actuellement quelques machines permettant la découpe de l'isolant exterieur à l'aide d'un faisceau laser.
Ce procede fonctionne dans le cas de câble simple, circulaire et d'epaisseur constante. Le principe est base sur 30 la focalisation du faisceau, en jouant sur les indices de reflexion des materiaux en presence, ainsi que sur les longueurs d'onde qu'ils peuvent absorber.
L'action du faisceau laser est limitee à la zone de focalisation, laquelle est de dimensions trop restreinte pour 35 prendre en compte des variations de profils de la gaine en sorte que dans le cas de cable ou conducteurs ne presentant pas de symetrie de revolution, le denudage de la gaine exterieure est non homogène.
Malheureusement de nombreux câbles utilises dans 40 l'industrie aeronautique et spatiale ne sont pas cylindriques
3 207463S
et possèdent des formes non homogènes et des isolants et blindages particuliers.
Il existe donc un besoin de développer un nouveau principe de dénudage applicable à ces types de c~bles, répondant ~
5 l'impératif de qualité totale, à savoir la coupe franche et nett:e sans détérioration des couches sous-jacentes et susceptible d'une automatisation complète , excepté la mise en place et le retrait des câbles.
L'invention a précisément pour but de proposer une 10 nouvelle technique de dénudage à laser satisfaisant aux desiderata ci-dessus.
D'une manière plus générale, l'invention vise à proposer un nouveau procédé de découpe à l'aide d'un faisceau laser permettant d'inciser par ablation ou fusion locale d'un 15 matériau absorbant le rayonnement laser et recouvrant un substrat susceptible ou non de réfléchir ce même rayonnement, de manière nette et franche et sur une profondeur d'incision bien supérieure à la profondeur de pénétration des dispositifs connus de découpe par laser et, ce, sans porter atteinte 20 l'intégrité du substrat.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de découpe profonde par faisceau laser d'un matériau recouvrant un substrat, ledit matériau absorbant le rayonnement laser et se présentant sous forme d'une feuille, pellicule, gaine ou 25 analogue et le suhstrat étant en un matériau susceptible ou non de réfléchir ce rayonnement, caractérisé en ce gu'il consiste :
- à transformer le faisceau de sortie de la source laser en un pinceau mince en sorte de créer un champ de focalisation en forme de lame mince, présentant une profondeur de focalisation importante, pouvant atteindre plusieurs millimètres et à l'intérieur duquel les variations de la densité d'énergie du rayonnement laser sont inférieures à une valeur prédéterminée, suffisante pour entra~ner l'enlèvement, par fusion ou ablation, dudit matériau sur toute son épaisseur, - et, par un déplacement relatif entre ledit champ de focalisation et ledit matériau à découper, à faire défiler ce dernier sur toute son épaisseur dans ledit 207~635 champ de focalisation, en maintenant ce champ sensiblement perpendiculaire à la surface externe, ou à une génératrice de la surface externe, dudit matériau.
Au cours d'une telle découpe, le champ de focalisation agit ~ la manière d'une lame chauffante pénétrant par évaporation ou fusion du matériau à découper dans toute l'épaisseur de ce dernier, en sorte de réaliser une découpe nette et franche sans aucun dommage pour le substrat.
L'invention s'applique à la découpe d'un matériau en forme de feuille ou pellicule d'épaisseur de quelques dixièmes de millimètres, voire quelques millimètres, recouvrant un substrat de surface plane, concave ou convexe.
L'invention s'applique bien entendu au dénudage de câbles 15 et, dans cette application, le câble à dénuder est entrafné en rotation sur au moins un tour autour d'un axe confondu avec son axe général ou parallèle à cet axe et orthogonal au plan de lz lame mince fictive constituant ou délimitant ledit champ de focalisation et de façon ~ faire défiler la totalité de la 20 section à découper du matériau à l'intérieur dudit champ de focalisation.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant une source laser générant un faisceau de rayons parallèles d'énergie 25 radiante se propageant suivant un axe privilégié, caractérisé
en ce qu'il comporte, en outre, une lentille optique cylindrique d'axe perpendiculaire à l'axe du faisceau laser incident, de longueur focale appropriée et transformant ledit faisceau laser en ledit pinceau mince, le plan général de 30 ladite lame mince fictive délimitant ledit champ de focalisation étant confondu avec le plan général du faisceau en forme de pinceau mince et des moyens pour entra~ner le câble à dénuder en rotation sur au moins un tour autour d'un axe orthogonal au plan dudit champ de focalisation et de 35 façon à faire défiler la totalité de la section de la gaine externe du câble dans ledit champ de focalisation.
La lentille cylindrique a une focale de préférence importante afin d'obtenir une profondeur de focalisation, dans ledit champ de focalisation, importante, pouvant atteindre 40 plusieurs millimètres.
;. ~
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207463~ ~
En amont de la lentille cylindrique est prévu, si le diamètre du faisceau laser de sortie est insuffisant et inférieur ~ la largeur prise perpendiculairement ~ une gén~ratrice de la lentille cylindrique, un système optique 5 dest:iné à élargir le faisceau incident et constitué, par exemple, d'une lentille optique divergente et d'une lentille optique convergente destinée à redresser le faisceau élargi par la lentille divergente et à lui donner un diamètre égal à
la largeur, au sens défini ci-dessus, de la lentille 10 cylindrique.
La source laser est par exemple une source à dioxyde de carbone d'une puissance de 10 watts suffisante pour le dénudage de c~bles des types utilisés dans les industries aéronautiques et spatiales.
Un tel dispositif est utilisable pour le dénudage de tout câble et en particulier des cables blindés torsadés ou autres câbles analogues à profil extérieur ne présentant pas de symétrie de révolution, dans la mesure où la gaine ou enveloppe externe est susceptible d'être enlevée par ablation 20 ou fusion_sous l'action d'un faisceau laser. Ce dispositif est utilisable pour le dénudage de câble dont la couche sous-jacente à la gaine externe est en un matériau réfléchissant le rayonnement laser et également pour le dénudage de câble à
couche sous-jacente non-réfléchissante, en totalité ou 25 localement, à l'égard du rayonnement, du fait que la puissance ablative ou de fusion du rayonnement laser est concentrée sur la gaine externe et insuffisante pour agresser la couche sous-jacente.
C'est ainsi que sur le principe énoncé ci-dessus a été
30 réalisé un dispositif de dénudage générant un faisceau en forme de pinceau mince de section sensiblement rectangulaire, de 14 mm de long sur 0,2 mm de large, créant une zone active ou efficace, dénommée champ de focalisation, où l'ablation ou fusion_par le rayonnement laser de la matière de la gaine à
35 enlever est nette et franche, en forme de lame mince dont le plan général est confondu avec celui du pinceau mince, champ dont le plan général est perpendiculaire à l'axe du câble, d'une étendue de plusieurs mm et à l'intérieur duquel les variations de la densité d'énergie du rayonnement laser ne 40 sont pas supérieures à 30 %.
-~.
6 20~63~
Ce dispositif permet d~effectuer la découpe de gainespouvant atteindre plusieurs millim~tres d~épaisseur, quel que soit le diamètre du cable, dans la mesure o~ il est possible de faire tourner le câble autour d~un axe, celui ou non du 5 cable, perpendiculaire au plan de la lame mince délimitant ledit champ de focalisation et de façon que la totalité de l'épaisseur de la gaine défile à l'intérieur dudit champ, c'est-à-dire avec cette condition qu'au cours d'une rotation complète du câble autour dudit axe de rotation, aussi bien les 10 parties de la gaine les plus proches que les plus éloignées de l'axe de rotation passent à l'intérieur dudit champ de focalisation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de 15 réalisation préféré du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels :
- Figure 1 est un schéma illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention ;
- Figure 2 est un schéma illustrant les moyens de positionnement et déplacement d'un cable ~ dénuder dans le mode de réalisation de la figure 1 ;
- Figure 3 représente schématiquement le champ de focalisation dans le plan XOZ du dispositif de la figure 1 ;
- Figure 4 est une courbe illustrant la répartition spatiale de la tâche de focalisation du faisceau du dispositif ;
- Figure 5 illustre le degré de liberté théorique du câble à dénuder dans le plan XOZ, et - Figure 6 est un schéma illustrant les conditions d'utilisation pratique du dispositif de dénudage.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement en 1 une source laser à dioxyde de carbone générant un faisceau 2 de 35 rayons parallèles d'énergie radiante se propageant suivant un axe privilégié Z.
Le laser émet par exemple une longueur d'onde de 10,6 micromètres, le faisceau de sortie 2 étant cylindrique et d'un diamètre de 4 mm.
, 7 2 ~ 3 ~
Le faisceau de sortie 2 est elargi à l~aide d~une lentille divergente 3 de focale -23 mm, puis le faisceau élargi 4 est redressé et ramené cylindrique à l'aide d'une lentille convergente 5 de focale + 150 mm et, enfin, le faisceau 5 redressé 6 est aplati à l'aide d'une lentille cylindrique 7 de focale + 100 mm suivant un pinceau mince 8 de section sensiblement rectangulaire.
A cet effet, la lentille cylindrique 7 est disposée avec sa face plane perpendiculaire au faisceau incident 6 et le 10 pinceau mince 8 est focalisé dans le plan de focalisation 9 du système optique 3-5-7 suivant une tâche de focalisation 10 de forme générale rectangulaire et présentant un grand axe ou longueur L, parallèle à une génératrice de la lentille cylindrique 7, par exemple egal à 14 mm et un petit axe ou 15 largeur l, par exemple égal à 0,2 mm.
Les caractéristigues (dimensions et focales) des lentilles 3-5-7 sont déterminées en sorte d'avoir un pinceau mince 8 de section 14 mm x 0,2 mm dont les dimensions ont été jugées suffisantes pour traiter les différents diamètres de câble à
20 dénuder susceptibles d'être rencontrés.
Les lentilles 3 et 5 ne sont nécessaires que si le diam~tre du faisceau de sortie 2 de la source laser 1 est insuffisant. Si ce diamètre est suffisant, la lentille cylindrique 7 est placée directement dans le faisceau de 25 sortie de la source laser et le pinceau mince 8 aura un grand axe L égal au diamètre dudit faisceau laser de sortie.
Le conducteur à dénuder 11 est par exemple placé avec son axe 12 dans le plan de focalisation 9 et perpendiculaire au grand axe L de la tâche de focalisation.
Le grand axe L, l'axe Z et l'axe du câble 11 définissent un système référentiel orthonormé XYZ comme illustra par la figure 2.
Le câble à dénuder 11 est maintenu coaxial à l'axe Y et est , en outre, entra~ne en rotation autour de cet axe.
Sur la figure 2, on a représenté très schématiquement par la référence générale 13 des moyens propres à maintenir le câble, par exemple une buse de serrage auto-adaptable conventionnelle, associés à des moyens d'entra~nement en rotation du câble 11 autour de son axe, par exemple un moteur 40 électrique pas à pas.
,.
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Ces moyens 13 sont montés sur un système de déplacement en XYZ (non représenté) permettant de faire co~ncider l'axe du câble 11 avec l'axe Y du référentiel XYZ , la partie de la gaine externe du c~ble à enlever se trouvant dans la partie 5 centrale du faisceau 8.
A la suite d'essais avec des gaines polyimides susceptibles d'ablation, on a constaté qu'une découpe franche et nette de la gaine du câble impliquait de provoquer une évaporation instantanée de la gaine à l'endroit de la coupe.
Cette évaporation nécessite une quantité d'énergie par unité de surface (densité d'énergie) importante.
Le procédé de l'invention, dont la figure 1 illustre un mode de mise en oeuvre, permet d'appliquer dans toute l'épaisseur de la gaine à découper, que le c~ble soit de 15 section régulière ou non, l'énergie nécessaire à un tel enlèvement, fusion ou ablation, des matériaux constitutifs des câbles à dénuder visés par l'invention.
Sur la figure 3, on a schématisé en 14 une zone située dans le plan XOZ et centrée en O, intersection de l'axe Z du 20 faisceau 8 et de l'axe du câble à dénuder.
La puissance maximale du faisceau est disponible en O et la zone 14, dénommée champ de focalisation, correspond aux points de l'espace où l'énergie fournie localement par le faisceau ne subit pas de variation importante.
Le champ 14 se caractérise par une profondeur de champ, suivant l'axe Z, qui dépend directement des focales des éléments optiques 3,5,7. Une telle profondeur de champ, symbolisée en 15 sur la figure 3, peut atteindre 3 mm environ.
Le champ 14 offre également un degré de liberté, suivant l'axe X et symbolisé en 16, qui peut également atteindre 3 mm.
Enfin, le champ 14 présente une certaine épaisseur, suivant l'axe Y, correspondant à la largeur 1 du faisceau 8.
Le degré de liberté 16 correspond à la partie centrale de 35 la tâche de focalisation lO.
Compte tenu de la puissance (10 watts) du laser 1 utilisé, des caractéristiques des c~bles à dénuder et de la nécessité
d'avoir éventuellement une ablation du matériau de la gaine par évaporation instantanée, la limite de variation d'énergie 40 a été fixée à 30 %.
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9 ~0746~
Au delà du champ 14 l'énergie apportee par le laser risque d'entra~ner une découpe de qualité insuffisante.
Bien entendu, cette valeur de 30 %, détermin~e experimentalement dans le cadre des câbles a~rospatiaux, 5 depend de divers paramètres tels que la puissance du laser 1, les focales des éléments du système optique 3,5,7, les caractéristiques des câbles (composition, configuration) et de la qualité de découpe que l'on souhaite.
La figure 4 illustre la répartition spatiale de la tâche 10 de focalisation et représente les variations de la puissance du faisceau 8 le long du grand axe L de la tâche 10.
On constate sur cette courbe que si l'on veut rester dans la zone de puissance maximale du faisceau 8, et plus précisément rester en deça d'une variation de 30 % de densité
15 d'énergie, par rapport à la densité maximale disponible au centre de la tache 10, il ne faut pas s'écarter de plus de 1,5 mm de part et d'autre dudit centre. On obtient ainsi une partie centrale "efficace" 17 de 3 mm qui correspond au degr~
de liberté du champ "utile" 16 de la figure 3.
Le procédé de l'invention consiste donc à créer ce champ de focalisation 14, à l'intérieur duquel la densité d'énergie ne varie pas de plus de 30%, et à faire défiler à l'intérieur dudit champ 14 la totalité de la section du câble ~ dénuder en entra~nant en rotation le câble autour de l'axe O, sur au 25 moins un tour complet, grâce aux moyens 13.
Le nombre de rotations et la vitesse de rotation, commandant le temps d'exposition de la gaine au faisceau 8, sont déterminés en fonction notamment des caractéristiques (matériaux et configuration) des câbles.
Avec un champ de focalisation 14 dont l'étendue, telle qu'illustrée par la figure 3, est de plusieurs millimètres carrés, on peut dénuder des câbles 11 (à section circulaire ou complexe) d'un diamatre maximal de l'ordre de 3 mm en faisant pivoter les câbles autour de leur axe et en maintenant cet axe 35 confondu avec l'axe OY du système de référence XOZ et, ce, quelle que soit l'épaisseur de la gaine externe à découper.
La figure S resume le degré de liberté théorique du câble dénuder dans le plan XOZ pour une qualité de ~énudage répondant aux critères formulés plus haut.
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Sur cette figure, on a représenté en 18 le faisceau 8 d'axe Z, en 11 la position nominale du cable (cylindrique~ et en 19 le halo entourant le câble, symbolisant les ecarts de pos:ition tolerables pour le câble, par rapport au centre 0, 5 selon les axes X et Z.
Le contour du halo 19 a ete determine par des calculs qui indiquent par ailleurs qu'une variation de + 1 mm n'entrafne qu'une diminution de 10 % de la puissance utile du faisceau laser et qu'une variation de + 2,5 mm (correspondant au 10 diamètre du câble 11 de la figure 5) n'entra~ne qu'une diminution de 30 % de ladite puissance utile.
La figure 5 montre qu'en fait la position du câble dans le plan focal 9 n'est pas critique, une variation de + 1,5 mm etant acceptable avec le montage optique de la figure 1.
Bien entendu le dispositif de l'invention permet de traiter convenablement des câbles, de section circulaire ou complexe, de diamètre bien superieur à 3 mm, à condition de faire pivoter le câble de preference autour de son axe, en maintenant cet axe de rotation parallèle à l'axe OY du 20 dispositif de denudage et à une distance de ce dernier telle que la totalité de la section de la gaine à enlever defile dans le champ de focalisation 14 au cours d'une rotation complète.
Si le câble est cylindrique avec une gaine d'épaisseur 25 constante, le dispositif tel que celui illustré en figure 1 pourra découper des gaines d'épaisseur pouvant atteindre 3 mm environ.
Si le câble est de section complexe, il faudra tenir compte des conditions illustrées par la figure 6.
Sur cette figure 6 on a représenté en 14 le champ de focalisation "efficace" du dispositif de dénudage et en 20 un câble dont le profil ne présente pas de symétrie de révolution. Le câble 20 comprend une gaine externe 21, d'epaisseur constante, enveloppant par exemple un ensemble 22 35 de conducteurs entourés d'un blindage.
L'axe de rotation du câble lors de son dénudage est indiqué en 0' et est parallèle à l'axe OY.
Cet axe 0' définit un rayon maximal R d'éloignement de la gaine 21 et un rayon minimal r de proximité de la gaine. Les 40 deux cercles, de rayon R et r, délimitent entre eux une aire .
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11 2~7463~
annulaire qui doit avoir avec l'aire du champ 14 une partie commune s'étendant d~un cercle à l'autre.
La figure 6 illustre le cas de l'épaisseur maximale de gaine 21, compte-tenu du profil particulier, qu'il est 5 possible de couper de manière franche et nette avec le dispositif de dénudage selon l'invention, le champ 14 étant inscrit entre les deux cercles de rayon R et r.
On est ainsi sûr que la totalité de la section de la gaine 21, lorsque le câble 20 aura fait un tour complet autour de 10 l'axe O', aura défilé dans le champ 14.
~ e procédé de l'invention est utilisable pour le dénudage de pratiquement tous les conducteurs existant sur le marché, savoir monofilaires, bifilaires, trifilaires, torsadés ou non, blindés ou non, et de profil présentant ou non une symétrie de 15 révolution, ainsi que pour le dénudage de fils élémentaires.
Les dimensions du champ 14, pour un même critère (30% par exemple) de variation admissible d'énergie du rayonnement disponible, peuvent bien s~r varier en fonction de la puissance de la source laser 1 et des focales du système 20 optique, en particulier celle de la lentille cylindrique 7.
Plus la focale de la lentille 7 sera courte, moins le champ 14 sera dilaté dans la direction OZ.
La présence de la lentille cylindrique permet d'obtenir un champ de focalisation 14 de profondeur (15) très 25 substantiellement supérieure à celle des champs des systèmes de découpe à laser connus qui ne sont pas capables, comme il a été mentionné en exposé, de découper dans de bonnes conditions, découpe nette et franche sans atteinte de l'intégrité du substrat sous-jacent, des gaines de câbles, non 30 seulement de profils ne présentant pas de symétrie de r~volution, mais même de simples c~bles ~ section circulaire régulière.
Le procédé de l'invention s'applique au dénudage de câble dont la couche ou substrat sous-jacent à la gaine externe est 35 en un matériau réfléchissant le rayonnement laser, ainsi qu'au dénudage de câble dont ladite couche sous-jacente e~t en un matériau non réfléchissant, en totalité ou localement, à
l'égard du rayonnement, du fait que l'énergie ablative ou de fusion du rayonnement laser peut être concentrée sur ~0 l'épaisseur de la gaine à enlever, cette énergie étant .
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insuffisante, au-delà de la gaine, pour agresser ladite couche sous-jacente.
L'invention s~applique bien sûr au découpage de fenêtre sur des câbles, c'est-à-dire au dénudage en dehors des 5 extrémités.
Il est à noter que le dispositif de l'invention peut avantageusement être automatisé, les opérations de dénudage étant fiables et reproductibles. Il suffit de munir le dispositif d'un micro-processeur programmable permettant 10 l'introduction des divers paramètres relatifs à un type donné
de câble à dénuder (nature, épaisseur, homogénéité de la gaine à découper, surface de la tâche de focalisation 10 à l'impact, vitesse de rotation du câble et nombre de rotations, puissance du faisceau 8 émise).
Bien que décrit dans son application principale au dénudage de câbles, le procédé de l'invention peut s'appliquer d'une manière générale à la découpe par ablation ou_fusion locale d'un matériau absorbant le rayonnement laser et sous forme d'un élément en feuille, pellicule ou analogue 20 recouvrant un substrat suceptible ou non de réfléchir_ca m~me rayonnement.
Ce matériau à découper, par exemple pour accéder au substrat sous-jacent, pourrait être une feuille d'une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres à quelques 25 millimètres, plane, concave, convexe ou de forme complexe. Le procédé de l'invention permet de découper une telle feuille à
l'aide par exemple d'un dispositif tel que celui formé par la source laser 7 et le système optique 3,5,7, qui serait déplacé
au-dessus et à une distance déterminée de la surface de ladite 30 feuille, à la manière d'un bistouri, le plan général de la lame mince délimitée fictivement par le champ de focalisation 14 étant maintenu sensiblement perpendiculaire au plan de ladite surface ou à une génératrice de celle-ci.
Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de 35 réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne la structure du système optique dans la mesure où sont réalisés les mêmes effets de champ de focalisation élargi comme illustré en figure 3.
207463~ :
De même, d'autres types de source laser gue celui d~crit plus haut pourraient éventuellement convenir.
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et possèdent des formes non homogènes et des isolants et blindages particuliers.
Il existe donc un besoin de développer un nouveau principe de dénudage applicable à ces types de c~bles, répondant ~
5 l'impératif de qualité totale, à savoir la coupe franche et nett:e sans détérioration des couches sous-jacentes et susceptible d'une automatisation complète , excepté la mise en place et le retrait des câbles.
L'invention a précisément pour but de proposer une 10 nouvelle technique de dénudage à laser satisfaisant aux desiderata ci-dessus.
D'une manière plus générale, l'invention vise à proposer un nouveau procédé de découpe à l'aide d'un faisceau laser permettant d'inciser par ablation ou fusion locale d'un 15 matériau absorbant le rayonnement laser et recouvrant un substrat susceptible ou non de réfléchir ce même rayonnement, de manière nette et franche et sur une profondeur d'incision bien supérieure à la profondeur de pénétration des dispositifs connus de découpe par laser et, ce, sans porter atteinte 20 l'intégrité du substrat.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de découpe profonde par faisceau laser d'un matériau recouvrant un substrat, ledit matériau absorbant le rayonnement laser et se présentant sous forme d'une feuille, pellicule, gaine ou 25 analogue et le suhstrat étant en un matériau susceptible ou non de réfléchir ce rayonnement, caractérisé en ce gu'il consiste :
- à transformer le faisceau de sortie de la source laser en un pinceau mince en sorte de créer un champ de focalisation en forme de lame mince, présentant une profondeur de focalisation importante, pouvant atteindre plusieurs millimètres et à l'intérieur duquel les variations de la densité d'énergie du rayonnement laser sont inférieures à une valeur prédéterminée, suffisante pour entra~ner l'enlèvement, par fusion ou ablation, dudit matériau sur toute son épaisseur, - et, par un déplacement relatif entre ledit champ de focalisation et ledit matériau à découper, à faire défiler ce dernier sur toute son épaisseur dans ledit 207~635 champ de focalisation, en maintenant ce champ sensiblement perpendiculaire à la surface externe, ou à une génératrice de la surface externe, dudit matériau.
Au cours d'une telle découpe, le champ de focalisation agit ~ la manière d'une lame chauffante pénétrant par évaporation ou fusion du matériau à découper dans toute l'épaisseur de ce dernier, en sorte de réaliser une découpe nette et franche sans aucun dommage pour le substrat.
L'invention s'applique à la découpe d'un matériau en forme de feuille ou pellicule d'épaisseur de quelques dixièmes de millimètres, voire quelques millimètres, recouvrant un substrat de surface plane, concave ou convexe.
L'invention s'applique bien entendu au dénudage de câbles 15 et, dans cette application, le câble à dénuder est entrafné en rotation sur au moins un tour autour d'un axe confondu avec son axe général ou parallèle à cet axe et orthogonal au plan de lz lame mince fictive constituant ou délimitant ledit champ de focalisation et de façon ~ faire défiler la totalité de la 20 section à découper du matériau à l'intérieur dudit champ de focalisation.
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant une source laser générant un faisceau de rayons parallèles d'énergie 25 radiante se propageant suivant un axe privilégié, caractérisé
en ce qu'il comporte, en outre, une lentille optique cylindrique d'axe perpendiculaire à l'axe du faisceau laser incident, de longueur focale appropriée et transformant ledit faisceau laser en ledit pinceau mince, le plan général de 30 ladite lame mince fictive délimitant ledit champ de focalisation étant confondu avec le plan général du faisceau en forme de pinceau mince et des moyens pour entra~ner le câble à dénuder en rotation sur au moins un tour autour d'un axe orthogonal au plan dudit champ de focalisation et de 35 façon à faire défiler la totalité de la section de la gaine externe du câble dans ledit champ de focalisation.
La lentille cylindrique a une focale de préférence importante afin d'obtenir une profondeur de focalisation, dans ledit champ de focalisation, importante, pouvant atteindre 40 plusieurs millimètres.
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207463~ ~
En amont de la lentille cylindrique est prévu, si le diamètre du faisceau laser de sortie est insuffisant et inférieur ~ la largeur prise perpendiculairement ~ une gén~ratrice de la lentille cylindrique, un système optique 5 dest:iné à élargir le faisceau incident et constitué, par exemple, d'une lentille optique divergente et d'une lentille optique convergente destinée à redresser le faisceau élargi par la lentille divergente et à lui donner un diamètre égal à
la largeur, au sens défini ci-dessus, de la lentille 10 cylindrique.
La source laser est par exemple une source à dioxyde de carbone d'une puissance de 10 watts suffisante pour le dénudage de c~bles des types utilisés dans les industries aéronautiques et spatiales.
Un tel dispositif est utilisable pour le dénudage de tout câble et en particulier des cables blindés torsadés ou autres câbles analogues à profil extérieur ne présentant pas de symétrie de révolution, dans la mesure où la gaine ou enveloppe externe est susceptible d'être enlevée par ablation 20 ou fusion_sous l'action d'un faisceau laser. Ce dispositif est utilisable pour le dénudage de câble dont la couche sous-jacente à la gaine externe est en un matériau réfléchissant le rayonnement laser et également pour le dénudage de câble à
couche sous-jacente non-réfléchissante, en totalité ou 25 localement, à l'égard du rayonnement, du fait que la puissance ablative ou de fusion du rayonnement laser est concentrée sur la gaine externe et insuffisante pour agresser la couche sous-jacente.
C'est ainsi que sur le principe énoncé ci-dessus a été
30 réalisé un dispositif de dénudage générant un faisceau en forme de pinceau mince de section sensiblement rectangulaire, de 14 mm de long sur 0,2 mm de large, créant une zone active ou efficace, dénommée champ de focalisation, où l'ablation ou fusion_par le rayonnement laser de la matière de la gaine à
35 enlever est nette et franche, en forme de lame mince dont le plan général est confondu avec celui du pinceau mince, champ dont le plan général est perpendiculaire à l'axe du câble, d'une étendue de plusieurs mm et à l'intérieur duquel les variations de la densité d'énergie du rayonnement laser ne 40 sont pas supérieures à 30 %.
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6 20~63~
Ce dispositif permet d~effectuer la découpe de gainespouvant atteindre plusieurs millim~tres d~épaisseur, quel que soit le diamètre du cable, dans la mesure o~ il est possible de faire tourner le câble autour d~un axe, celui ou non du 5 cable, perpendiculaire au plan de la lame mince délimitant ledit champ de focalisation et de façon que la totalité de l'épaisseur de la gaine défile à l'intérieur dudit champ, c'est-à-dire avec cette condition qu'au cours d'une rotation complète du câble autour dudit axe de rotation, aussi bien les 10 parties de la gaine les plus proches que les plus éloignées de l'axe de rotation passent à l'intérieur dudit champ de focalisation.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de 15 réalisation préféré du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels :
- Figure 1 est un schéma illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention ;
- Figure 2 est un schéma illustrant les moyens de positionnement et déplacement d'un cable ~ dénuder dans le mode de réalisation de la figure 1 ;
- Figure 3 représente schématiquement le champ de focalisation dans le plan XOZ du dispositif de la figure 1 ;
- Figure 4 est une courbe illustrant la répartition spatiale de la tâche de focalisation du faisceau du dispositif ;
- Figure 5 illustre le degré de liberté théorique du câble à dénuder dans le plan XOZ, et - Figure 6 est un schéma illustrant les conditions d'utilisation pratique du dispositif de dénudage.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement en 1 une source laser à dioxyde de carbone générant un faisceau 2 de 35 rayons parallèles d'énergie radiante se propageant suivant un axe privilégié Z.
Le laser émet par exemple une longueur d'onde de 10,6 micromètres, le faisceau de sortie 2 étant cylindrique et d'un diamètre de 4 mm.
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Le faisceau de sortie 2 est elargi à l~aide d~une lentille divergente 3 de focale -23 mm, puis le faisceau élargi 4 est redressé et ramené cylindrique à l'aide d'une lentille convergente 5 de focale + 150 mm et, enfin, le faisceau 5 redressé 6 est aplati à l'aide d'une lentille cylindrique 7 de focale + 100 mm suivant un pinceau mince 8 de section sensiblement rectangulaire.
A cet effet, la lentille cylindrique 7 est disposée avec sa face plane perpendiculaire au faisceau incident 6 et le 10 pinceau mince 8 est focalisé dans le plan de focalisation 9 du système optique 3-5-7 suivant une tâche de focalisation 10 de forme générale rectangulaire et présentant un grand axe ou longueur L, parallèle à une génératrice de la lentille cylindrique 7, par exemple egal à 14 mm et un petit axe ou 15 largeur l, par exemple égal à 0,2 mm.
Les caractéristigues (dimensions et focales) des lentilles 3-5-7 sont déterminées en sorte d'avoir un pinceau mince 8 de section 14 mm x 0,2 mm dont les dimensions ont été jugées suffisantes pour traiter les différents diamètres de câble à
20 dénuder susceptibles d'être rencontrés.
Les lentilles 3 et 5 ne sont nécessaires que si le diam~tre du faisceau de sortie 2 de la source laser 1 est insuffisant. Si ce diamètre est suffisant, la lentille cylindrique 7 est placée directement dans le faisceau de 25 sortie de la source laser et le pinceau mince 8 aura un grand axe L égal au diamètre dudit faisceau laser de sortie.
Le conducteur à dénuder 11 est par exemple placé avec son axe 12 dans le plan de focalisation 9 et perpendiculaire au grand axe L de la tâche de focalisation.
Le grand axe L, l'axe Z et l'axe du câble 11 définissent un système référentiel orthonormé XYZ comme illustra par la figure 2.
Le câble à dénuder 11 est maintenu coaxial à l'axe Y et est , en outre, entra~ne en rotation autour de cet axe.
Sur la figure 2, on a représenté très schématiquement par la référence générale 13 des moyens propres à maintenir le câble, par exemple une buse de serrage auto-adaptable conventionnelle, associés à des moyens d'entra~nement en rotation du câble 11 autour de son axe, par exemple un moteur 40 électrique pas à pas.
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Ces moyens 13 sont montés sur un système de déplacement en XYZ (non représenté) permettant de faire co~ncider l'axe du câble 11 avec l'axe Y du référentiel XYZ , la partie de la gaine externe du c~ble à enlever se trouvant dans la partie 5 centrale du faisceau 8.
A la suite d'essais avec des gaines polyimides susceptibles d'ablation, on a constaté qu'une découpe franche et nette de la gaine du câble impliquait de provoquer une évaporation instantanée de la gaine à l'endroit de la coupe.
Cette évaporation nécessite une quantité d'énergie par unité de surface (densité d'énergie) importante.
Le procédé de l'invention, dont la figure 1 illustre un mode de mise en oeuvre, permet d'appliquer dans toute l'épaisseur de la gaine à découper, que le c~ble soit de 15 section régulière ou non, l'énergie nécessaire à un tel enlèvement, fusion ou ablation, des matériaux constitutifs des câbles à dénuder visés par l'invention.
Sur la figure 3, on a schématisé en 14 une zone située dans le plan XOZ et centrée en O, intersection de l'axe Z du 20 faisceau 8 et de l'axe du câble à dénuder.
La puissance maximale du faisceau est disponible en O et la zone 14, dénommée champ de focalisation, correspond aux points de l'espace où l'énergie fournie localement par le faisceau ne subit pas de variation importante.
Le champ 14 se caractérise par une profondeur de champ, suivant l'axe Z, qui dépend directement des focales des éléments optiques 3,5,7. Une telle profondeur de champ, symbolisée en 15 sur la figure 3, peut atteindre 3 mm environ.
Le champ 14 offre également un degré de liberté, suivant l'axe X et symbolisé en 16, qui peut également atteindre 3 mm.
Enfin, le champ 14 présente une certaine épaisseur, suivant l'axe Y, correspondant à la largeur 1 du faisceau 8.
Le degré de liberté 16 correspond à la partie centrale de 35 la tâche de focalisation lO.
Compte tenu de la puissance (10 watts) du laser 1 utilisé, des caractéristiques des c~bles à dénuder et de la nécessité
d'avoir éventuellement une ablation du matériau de la gaine par évaporation instantanée, la limite de variation d'énergie 40 a été fixée à 30 %.
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9 ~0746~
Au delà du champ 14 l'énergie apportee par le laser risque d'entra~ner une découpe de qualité insuffisante.
Bien entendu, cette valeur de 30 %, détermin~e experimentalement dans le cadre des câbles a~rospatiaux, 5 depend de divers paramètres tels que la puissance du laser 1, les focales des éléments du système optique 3,5,7, les caractéristiques des câbles (composition, configuration) et de la qualité de découpe que l'on souhaite.
La figure 4 illustre la répartition spatiale de la tâche 10 de focalisation et représente les variations de la puissance du faisceau 8 le long du grand axe L de la tâche 10.
On constate sur cette courbe que si l'on veut rester dans la zone de puissance maximale du faisceau 8, et plus précisément rester en deça d'une variation de 30 % de densité
15 d'énergie, par rapport à la densité maximale disponible au centre de la tache 10, il ne faut pas s'écarter de plus de 1,5 mm de part et d'autre dudit centre. On obtient ainsi une partie centrale "efficace" 17 de 3 mm qui correspond au degr~
de liberté du champ "utile" 16 de la figure 3.
Le procédé de l'invention consiste donc à créer ce champ de focalisation 14, à l'intérieur duquel la densité d'énergie ne varie pas de plus de 30%, et à faire défiler à l'intérieur dudit champ 14 la totalité de la section du câble ~ dénuder en entra~nant en rotation le câble autour de l'axe O, sur au 25 moins un tour complet, grâce aux moyens 13.
Le nombre de rotations et la vitesse de rotation, commandant le temps d'exposition de la gaine au faisceau 8, sont déterminés en fonction notamment des caractéristiques (matériaux et configuration) des câbles.
Avec un champ de focalisation 14 dont l'étendue, telle qu'illustrée par la figure 3, est de plusieurs millimètres carrés, on peut dénuder des câbles 11 (à section circulaire ou complexe) d'un diamatre maximal de l'ordre de 3 mm en faisant pivoter les câbles autour de leur axe et en maintenant cet axe 35 confondu avec l'axe OY du système de référence XOZ et, ce, quelle que soit l'épaisseur de la gaine externe à découper.
La figure S resume le degré de liberté théorique du câble dénuder dans le plan XOZ pour une qualité de ~énudage répondant aux critères formulés plus haut.
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Sur cette figure, on a représenté en 18 le faisceau 8 d'axe Z, en 11 la position nominale du cable (cylindrique~ et en 19 le halo entourant le câble, symbolisant les ecarts de pos:ition tolerables pour le câble, par rapport au centre 0, 5 selon les axes X et Z.
Le contour du halo 19 a ete determine par des calculs qui indiquent par ailleurs qu'une variation de + 1 mm n'entrafne qu'une diminution de 10 % de la puissance utile du faisceau laser et qu'une variation de + 2,5 mm (correspondant au 10 diamètre du câble 11 de la figure 5) n'entra~ne qu'une diminution de 30 % de ladite puissance utile.
La figure 5 montre qu'en fait la position du câble dans le plan focal 9 n'est pas critique, une variation de + 1,5 mm etant acceptable avec le montage optique de la figure 1.
Bien entendu le dispositif de l'invention permet de traiter convenablement des câbles, de section circulaire ou complexe, de diamètre bien superieur à 3 mm, à condition de faire pivoter le câble de preference autour de son axe, en maintenant cet axe de rotation parallèle à l'axe OY du 20 dispositif de denudage et à une distance de ce dernier telle que la totalité de la section de la gaine à enlever defile dans le champ de focalisation 14 au cours d'une rotation complète.
Si le câble est cylindrique avec une gaine d'épaisseur 25 constante, le dispositif tel que celui illustré en figure 1 pourra découper des gaines d'épaisseur pouvant atteindre 3 mm environ.
Si le câble est de section complexe, il faudra tenir compte des conditions illustrées par la figure 6.
Sur cette figure 6 on a représenté en 14 le champ de focalisation "efficace" du dispositif de dénudage et en 20 un câble dont le profil ne présente pas de symétrie de révolution. Le câble 20 comprend une gaine externe 21, d'epaisseur constante, enveloppant par exemple un ensemble 22 35 de conducteurs entourés d'un blindage.
L'axe de rotation du câble lors de son dénudage est indiqué en 0' et est parallèle à l'axe OY.
Cet axe 0' définit un rayon maximal R d'éloignement de la gaine 21 et un rayon minimal r de proximité de la gaine. Les 40 deux cercles, de rayon R et r, délimitent entre eux une aire .
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annulaire qui doit avoir avec l'aire du champ 14 une partie commune s'étendant d~un cercle à l'autre.
La figure 6 illustre le cas de l'épaisseur maximale de gaine 21, compte-tenu du profil particulier, qu'il est 5 possible de couper de manière franche et nette avec le dispositif de dénudage selon l'invention, le champ 14 étant inscrit entre les deux cercles de rayon R et r.
On est ainsi sûr que la totalité de la section de la gaine 21, lorsque le câble 20 aura fait un tour complet autour de 10 l'axe O', aura défilé dans le champ 14.
~ e procédé de l'invention est utilisable pour le dénudage de pratiquement tous les conducteurs existant sur le marché, savoir monofilaires, bifilaires, trifilaires, torsadés ou non, blindés ou non, et de profil présentant ou non une symétrie de 15 révolution, ainsi que pour le dénudage de fils élémentaires.
Les dimensions du champ 14, pour un même critère (30% par exemple) de variation admissible d'énergie du rayonnement disponible, peuvent bien s~r varier en fonction de la puissance de la source laser 1 et des focales du système 20 optique, en particulier celle de la lentille cylindrique 7.
Plus la focale de la lentille 7 sera courte, moins le champ 14 sera dilaté dans la direction OZ.
La présence de la lentille cylindrique permet d'obtenir un champ de focalisation 14 de profondeur (15) très 25 substantiellement supérieure à celle des champs des systèmes de découpe à laser connus qui ne sont pas capables, comme il a été mentionné en exposé, de découper dans de bonnes conditions, découpe nette et franche sans atteinte de l'intégrité du substrat sous-jacent, des gaines de câbles, non 30 seulement de profils ne présentant pas de symétrie de r~volution, mais même de simples c~bles ~ section circulaire régulière.
Le procédé de l'invention s'applique au dénudage de câble dont la couche ou substrat sous-jacent à la gaine externe est 35 en un matériau réfléchissant le rayonnement laser, ainsi qu'au dénudage de câble dont ladite couche sous-jacente e~t en un matériau non réfléchissant, en totalité ou localement, à
l'égard du rayonnement, du fait que l'énergie ablative ou de fusion du rayonnement laser peut être concentrée sur ~0 l'épaisseur de la gaine à enlever, cette énergie étant .
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insuffisante, au-delà de la gaine, pour agresser ladite couche sous-jacente.
L'invention s~applique bien sûr au découpage de fenêtre sur des câbles, c'est-à-dire au dénudage en dehors des 5 extrémités.
Il est à noter que le dispositif de l'invention peut avantageusement être automatisé, les opérations de dénudage étant fiables et reproductibles. Il suffit de munir le dispositif d'un micro-processeur programmable permettant 10 l'introduction des divers paramètres relatifs à un type donné
de câble à dénuder (nature, épaisseur, homogénéité de la gaine à découper, surface de la tâche de focalisation 10 à l'impact, vitesse de rotation du câble et nombre de rotations, puissance du faisceau 8 émise).
Bien que décrit dans son application principale au dénudage de câbles, le procédé de l'invention peut s'appliquer d'une manière générale à la découpe par ablation ou_fusion locale d'un matériau absorbant le rayonnement laser et sous forme d'un élément en feuille, pellicule ou analogue 20 recouvrant un substrat suceptible ou non de réfléchir_ca m~me rayonnement.
Ce matériau à découper, par exemple pour accéder au substrat sous-jacent, pourrait être une feuille d'une épaisseur de quelques dixièmes de millimètres à quelques 25 millimètres, plane, concave, convexe ou de forme complexe. Le procédé de l'invention permet de découper une telle feuille à
l'aide par exemple d'un dispositif tel que celui formé par la source laser 7 et le système optique 3,5,7, qui serait déplacé
au-dessus et à une distance déterminée de la surface de ladite 30 feuille, à la manière d'un bistouri, le plan général de la lame mince délimitée fictivement par le champ de focalisation 14 étant maintenu sensiblement perpendiculaire au plan de ladite surface ou à une génératrice de celle-ci.
Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de 35 réalisation représenté et décrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne la structure du système optique dans la mesure où sont réalisés les mêmes effets de champ de focalisation élargi comme illustré en figure 3.
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De même, d'autres types de source laser gue celui d~crit plus haut pourraient éventuellement convenir.
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Claims (6)
1. Procédé de découpe profonde par faisceau laser d'un matériau recouvrant un substrat, ledit matériau absorbant le rayonnement laser et se présentant sous forme d'une feuille, pellicule, gaine ou analogue et le substrat étant en un matériau susceptible ou non de réfléchir ce rayonnement, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à transformer le faisceau de sortie de la source laser (1) en un pinceau mince (8), en sorte de créer un champ de focalisation (14) en forme de lame mince, présentant une profondeur de focalisation importante, pouvant atteindre plusieurs millimètres et à
l'intérieur duquel les variations de la densité
d'énergie du rayonnement laser sont inférieures à une valeur prédéterminée, suffisante pour entraîner l'enlèvement, par fusion ou ablation, dudit matériau sur toute son épaisseur, - et, par un déplacement relatif entre ledit champ de focalisation (14) et ledit matériau à découper (21), à faire défiler ce dernier sur toute son épaisseur dans ledit champ de focalisation (14) en maintenant ce champ sensiblement perpendiculaire à la surface externe, ou à une génératrice de la surface externe, dudit matériau.
- à transformer le faisceau de sortie de la source laser (1) en un pinceau mince (8), en sorte de créer un champ de focalisation (14) en forme de lame mince, présentant une profondeur de focalisation importante, pouvant atteindre plusieurs millimètres et à
l'intérieur duquel les variations de la densité
d'énergie du rayonnement laser sont inférieures à une valeur prédéterminée, suffisante pour entraîner l'enlèvement, par fusion ou ablation, dudit matériau sur toute son épaisseur, - et, par un déplacement relatif entre ledit champ de focalisation (14) et ledit matériau à découper (21), à faire défiler ce dernier sur toute son épaisseur dans ledit champ de focalisation (14) en maintenant ce champ sensiblement perpendiculaire à la surface externe, ou à une génératrice de la surface externe, dudit matériau.
2. Procédé suivant la revendication 1, plus particulière-ment destiné au dénudage de câbles, caractérisé en ce que le câble à dénuder (11,20) est entraîné en rotation sur au moins un tour autour d'un axe confondu avec son axe général (12) ou parallèle à cet axe et orthogonal au plan de la lame mince fictive constituant ou délimitant ledit champ de focalisation (14) et de façon à faire défiler la totalité de la section à
découper (21) du matériau à l'intérieur dudit champ de focalisation.
découper (21) du matériau à l'intérieur dudit champ de focalisation.
3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant une source laser (1) générant un faisceau de rayons parallèles d'énergie radiante se propageant suivant un axe privilégié (Z), caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une lentille optique cylindrique (7) d'axe perpendiculaire à l'axe du faisceau laser incident, de longueur focale appropriée et transformant ledit faisceau laser en ledit pinceau mince (8), le plan général de ladite lame mince fictive délimitant ledit champ de focalisation (14) étant confondu avec le plan général du faisceau en forme de pinceau mince (8) et des moyens propres à effectuer ledit déplacement relatif entre ledit champ de focalisation (14) et ledit matériau à découper (21).
4. Dispositif suivant la revendication 3, plus particuliè-rement destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens pour effectuer ledit déplacement relatif sont constitués par des moyens (13) pour entraîner le câble à dénuder (11,20) en rotation sur au moins un tour autour d'un axe (12,0') orthogonal au plan dudit champ de focalisation (14) et de façon à faire défiler la totalité de la section de la gaine externe (21) du câble dans ledit champ de focalisation.
5. Dispositif suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé
en ce qu'entre la source laser (1) et la lentille cylindrique (7) est disposé un système optique (3,5) destiné à élargir et ramener sous forme cylindrique le faisceau de sortie (2) de ladite source laser (1).
en ce qu'entre la source laser (1) et la lentille cylindrique (7) est disposé un système optique (3,5) destiné à élargir et ramener sous forme cylindrique le faisceau de sortie (2) de ladite source laser (1).
6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de serrage auto-adaptable (13) du câble à dénuder (11), associé à un moteur électrique (13) d'entraînement en rotation du câble autour de son axe, l'ensemble de ces moyens (13) étant monté sur une platine réglable en position dans les trois axes d'un référentiel orthonormé (XYZ) dont l'un des axes (Z) est l'axe dudit faisceau en forme de pinceau mince (8).
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