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LU86107A1 - Maintaining cleanliness of gas swept optical element - e.g. laser lens, by neutralising triboelectric charges - Google Patents

Maintaining cleanliness of gas swept optical element - e.g. laser lens, by neutralising triboelectric charges Download PDF

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Publication number
LU86107A1
LU86107A1 LU86107A LU86107A LU86107A1 LU 86107 A1 LU86107 A1 LU 86107A1 LU 86107 A LU86107 A LU 86107A LU 86107 A LU86107 A LU 86107A LU 86107 A1 LU86107 A1 LU 86107A1
Authority
LU
Luxembourg
Prior art keywords
gas
lens
neutralising
face
assembly
Prior art date
Application number
LU86107A
Other languages
French (fr)
Inventor
Jean Crahay
Jules Hancart
Original Assignee
Centre Rech Metallurgique
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from BE6/48018A external-priority patent/BE900852A/en
Priority claimed from BE6/48020A external-priority patent/BE900871A/en
Application filed by Centre Rech Metallurgique filed Critical Centre Rech Metallurgique
Publication of LU86107A1 publication Critical patent/LU86107A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/008Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements with means for compensating for changes in temperature or for controlling the temperature; thermal stabilisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702Auxiliary equipment
    • B23K26/703Cooling arrangements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

The cleanness of an optical assembly, comprising at least one element, such as a lens, cooled by a high speed circulating gas stream, is maintained by neutralising the electrical charge formed at the surface of the element due to friction of the gas stream. Neutralisation may be effected by pre-ionisation of the gas, e.g. by alpha radiation or high ltage discharge, before contact with the surface or by exposing the surface to alpha radiation.

Description

* V* V

ISSSÔFSi'Îr&ltrçlgïiifS ë· bi-38oi/em/egISSSÔFSi'Îr & ltrçlgïiifS ë · bi-38oi / em / eg

Belgique: 1) le 18.octobre 1984 sous le No 6/48.018 2) le 22 octobre 1984 sous le No 6/48.020Belgium: 1) October 18, 1984 under No 6 / 48.018 2) October 22, 1984 under No 6 / 48.020

JJ

Brevet d* invention C 2321E/8510.Invention patent C 2321E / 8510.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,METALLURGICAL RESEARCH CENTER -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans Lut lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).Non-profit making association -Vereniging zonder winstoogmerk in BRUXELLES, (Belgium).

Procédé de refroidissement d’un ensemble optique.Method of cooling an optical assembly.

La présente invention concerne un procédé -de refroidissement d'un- ensemble optique comprenant au. moins un élément tel qu* une lentille ou une lame transparente. Ce pro&édé s'applique de préférence, mais non exclusivement, au refroidissement de lentilles exposées à un faisceau énergétique de puissance élevée, tel qu'un faisceau laser.The present invention relates to a method of cooling an optical assembly comprising au. minus an element such as a transparent lens or blade. This process applies preferably, but not exclusively, to the cooling of lenses exposed to a high power energy beam, such as a laser beam.

On sait que, dans certaines applications, par exemple pour le marquage superficiel de cylindres de laminoir en vue de conférer à ceux-ci une rugosité contrôlée, on utilise des lasers d'une puissance pouvant atteindre plusieurs kilcwatts. Dans ce cas, on emploie généralement des ensembles optiques, cons- /It is known that, in certain applications, for example for the surface marking of rolling mill rolls in order to give them a controlled roughness, lasers with a power of up to several kilcwatts are used. In this case, optical assemblies are generally used, cons- /

• I• I

2.- titués de lentilles, pour focaliser le faisceau laser aux dimensions désirées.2.- lens components, to focus the laser beam to the desired dimensions.

Les lentilles en question sont dès lors soumises à l'action d'un faisceau énergétique puissant, qui provoque leur échauf-fement. Cet échauffement s'il est important, entraîne une déformation dés lentilles, ce qui peut donner lieu à divers inconvénients, tels qu'une irrégularité de transmission du faisceau, une dispersion de ce faisceau ou une perte de focalisation.The lenses in question are therefore subjected to the action of a powerful energy beam, which causes them to heat up. This overheating if it is significant, leads to a deformation of the lenses, which can give rise to various drawbacks, such as an irregularity of transmission of the beam, a dispersion of this beam or a loss of focus.

La présente invention a pour objet un procédé permettant d'éviter ces inconvénients.The present invention relates to a method making it possible to avoid these drawbacks.

Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, pour le refroidissement d'un ensemble optique comprenant au moins une lentille exposée à un faisceau énergétique, est essentiellement caractérisé en ce que l'on fait circuler un courant de gaz sur au moins une face de la dite lentille.The process which is the subject of the present invention, for cooling an optical assembly comprising at least one lens exposed to an energy beam, is essentially characterized in that a current of gas is circulated over at least one face of said lens.

Selon une mise en oeuvre particulière, on-fait circuler le dit courant de gaz suivant une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe optique du dit ensemble.According to a particular implementation, said gas stream is made to flow in a direction substantially perpendicular to the optical axis of said assembly.

•Selon une autre mise en oeuvre, particulièrement intéressante, du procédé de l'invention, on dispose, perpendiculairement à l'axe optique du dit ensemble et à faible distance d'au moins une face de la dite lentille, une lame transparente n'affectant pas la qualité optique de l’ensemble, et on fait circuler le dit courant de gaz entre la lentille et la dite lame transparente.• According to another particularly advantageous implementation of the method of the invention, there is, perpendicular to the optical axis of said assembly and at a short distance from at least one face of said lens, a transparent blade n ' not affecting the optical quality of the assembly, and circulating said gas stream between the lens and said transparent blade.

Dans le cadre de cette mise en oeuvre, la distance entre la dite lame transparente et la face de la lentille est avanta- A - 0 · 3.- geusement inférieure à 1 mm, et de préférence comprise entre 0,01 mm et 0,5 mm.In the context of this implementation, the distance between said transparent strip and the face of the lens is advantageously less than 1 mm, and preferably between 0.01 mm and 0, 5 mm.

Il est en effet apparu que l'efficacité de refroidissement augmentait lorsque la dite distance diminuait, c'est-à-dire lorsque le film de gaz devenait plus mince.It has indeed appeared that the cooling efficiency increases when the said distance decreases, that is to say when the gas film becomes thinner.

Egalement selon-1'invention, le débit du courant de gaz est avantageusement compris entre 75 et 125 1/min. par face à refroidir. Ce débit peut varier, dans les limites indiquées, en . fonction de la dimension de la dite face ainsi que de la puis sance du faisceau énergétique en cause.Also according to the invention, the flow rate of the gas stream is advantageously between 75 and 125 l / min. per side to cool. This flow rate can vary, within the limits indicated, in. as a function of the dimension of said face as well as of the power of the energy beam in question.

Selon la présente invention, le courant de gaz peut être constitué de tout gaz ne perturbant pas le faisceau énergétique et ne contenant pas de substances susceptibles de souiller les surfaces de l'ensemble optique. A cet effet, on peut par exemple utiliser de l'air filtré et sec. Il s'est cependant avéré avantageux d'utiliser de l'hélium, en raison de son caractère inerte et de son excellente conductibilité thermique.According to the present invention, the gas stream can consist of any gas which does not disturb the energy beam and does not contain substances liable to contaminate the surfaces of the optical assembly. For this purpose, it is possible, for example, to use filtered and dry air. However, it has proved advantageous to use helium, because of its inert nature and its excellent thermal conductivity.

Upeut cependant arriver que, malgré une propreté quasiment totale du gaz de refroidissement utilisé, il apparaisse sur les surfaces un dépôt de poussière qui n'est pas entièrement éliminé par le courant de gaz.However, it can happen that, despite the almost total cleanliness of the cooling gas used, a deposit of dust appears on the surfaces which is not entirely removed by the gas stream.

**

Ce dépôt de poussière semble dû à l'apparition de faibles charges triboêlectriques provoquée par le frottement du courant de gaz de refroidissement.This deposit of dust seems to be due to the appearance of weak triboelectric charges caused by the friction of the stream of cooling gas.

Pour maintenir la propreté de ces surfaces refroidies par un courant de gaz, en empêchant le dépôt et la rétention de poussière sur ces surfaces, il est proposé* toujours dans le cadre de la.présente invention, de neutraliser la charge élec-II trique apparaissant sur les dites surfaces.To maintain the cleanliness of these surfaces cooled by a current of gas, by preventing the deposition and retention of dust on these surfaces, it is proposed * still within the framework of the present invention, to neutralize the electrical charge appearing II on the said surfaces.

I : 1 4.- « ' *I: 1 4.- "'*

* I* I

SeXon une première variante, on peut ioniser le gaz de refroidissement avant de le mettre en contact avec les surfaces à refroidir.According to a first variant, the cooling gas can be ionized before bringing it into contact with the surfaces to be cooled.

Cette ionisation peut être réalisée par tout moyen connu en soi, en particulier en soumettant le gaz à un rayonnement a ou à des effluves (ard électrique) à haute tension.This ionization can be carried out by any means known per se, in particular by subjecting the gas to a radiation or to aromas (high voltage).

Il est ainsi possible de neutraliser les dites charges électriques au moyen du gaz même dont l'action mécanique de frottement les fait apparaître.It is thus possible to neutralize said electrical charges by means of the gas itself, the mechanical friction action of which makes them appear.

Selon une autre variante, on compense les dites charges électriques au fur et à mesure de leur apparition.According to another variant, said electrical charges are compensated as and when they appear.

A cet effet, on soumet les surfaces à maintenir propres, à l'action directe d'un moyen approprié, tel qu'un rayonnement a .To this end, the surfaces to be kept clean are subjected to the direct action of an appropriate means, such as a radiation.

Dans cette variante, le gaz de refroidissement ne subit aucune ionisation : les charges électriques peuvent apparaître sur les surfaces, mais elles sont instantanément éliminées par le rayonnement a agissant sur celles-ci.In this variant, the cooling gas does not undergo any ionization: the electric charges can appear on the surfaces, but they are instantly eliminated by the radiation acting on them.

Le procédé de l'invention permet de refroidir et, le cas échéant, de maintenir propres les surfaces des éléments constitutifs du dit ensemble optique et d'assurer ^insi une transmission correcte du faisceau énergétique.The method of the invention makes it possible to cool and, if necessary, to keep the surfaces of the constituent elements of said optical assembly clean and to ensure, therefore, correct transmission of the energy beam.

La figure annexée illustre schématiquement un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention.The appended figure schematically illustrates a preferred embodiment of the method of the invention.

Dans une opération de traitement d'une surface S, un faisceau laser 1 est focalisé sur la surface au moyen d'une lentille 2. Cette lentille présente un diamètre compris entre 25 mm et 50 mm, par exemple de 35 mm; elle est constituée de préférence ' Γ J) D .In an operation for treating a surface S, a laser beam 1 is focused on the surface by means of a lens 2. This lens has a diameter between 25 mm and 50 mm, for example 35 mm; it preferably consists of 'Γ J) D.

5.- * * t * âe séléniure de zinc ou d'arséniure de gallium. Le faisceau laser 1 transmet une puissance de 2 kW, dont une fraction est absorbée par la lentille 2. Pour éviter que celle-ci ne s'échauffe et risque de se déformer, on interpose, avant et après la lentille. 2, deux lames transparentes 3 et 4, optiquement inactives, maintenues par des supports appropriés. L'écartement entre une lame transparente et le point le plus rapproché de la face correspondante de la lentille est égal à 0,20 mm et la section minimale de passage du gaz vaut 5 mm2.5.- * * t * âe zinc selenide or gallium arsenide. The laser beam 1 transmits a power of 2 kW, a fraction of which is absorbed by the lens 2. To prevent the latter from heating up and risking deformation, the lens is interposed, before and after. 2, two transparent blades 3 and 4, optically inactive, held by suitable supports. The distance between a transparent blade and the point closest to the corresponding face of the lens is equal to 0.20 mm and the minimum gas passage section is 5 mm2.

Le gaz de refroidissement, qui est ici de l'hélium, est insufflé par les canaux 5,6 ménagés dans les supports, avec un débit total d'environ 200 1/min. Avant son insufflation en 5,6, le gaz traverse une station 7 d'ionisation par un rayonnement a ; il est mis en circulation au moyen d'un compresseur 8 qui, d' une part recycle le gaz revenant par un circuit de.retour 9 et d'autre part injecte du gaz frais fourni par une conduite 10, à partir d'un source non représentée.The cooling gas, which in this case is helium, is blown in through the channels 5,6 provided in the supports, with a total flow rate of approximately 200 l / min. Before its insufflation at 5.6, the gas passes through an ionization station 7 by a radiation a; it is put into circulation by means of a compressor 8 which, on the one hand recycles the gas returning by a return circuit 9 and on the other hand injects fresh gas supplied by a pipe 10, from a source not shown.

Cette disposition permet de refroidir et de maintenir propres les surfaces des lentilles et des lames qui leur font face, et par conséquent d'assurer une transmission impeccable du faisceau laser jusqu'à la surface traitée.This arrangement makes it possible to cool and keep the surfaces of the lenses and the blades which face them clean, and therefore to ensure an impeccable transmission of the laser beam to the treated surface.

h m.h m.

\\

DD

Claims (7)

1. Procédé de refroidissement d'un ensemble optique comprenant % au moins un élément, tel qu'une lentille, exposé à un faisceau énergétique, tel qu'un faisceau laser, caractérisé en ce que l'on fait circuler un courant de gaz sur au moins,une face du dit élément.1. A method of cooling an optical assembly comprising% at least one element, such as a lens, exposed to an energy beam, such as a laser beam, characterized in that a current of gas is circulated over at least one side of said element. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait circuler le dit courant de gaz suivant une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe optique du dit ensemble.2. Method according to claim 1, characterized in that said gas stream is made to flow in a direction substantially perpendicular to the optical axis of said assembly. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dispose, perpendiculairement à 1'. axe optique du dit ensemble et à faible distance d'au moins une face du dit élément, une lame transparente n'affectant pas la qualité optique de l'ensemble, et en ce que l'on fait circuler le courant de gaz.entre l'élément et la dite lame transparente.3. Method according to either of claims 1 and 2, characterized in that one has, perpendicular to 1 '. optical axis of said assembly and at a short distance from at least one face of said element, a transparent blade does not affect the optical quality of the assembly, and in that the gas current is circulated. element and said transparent blade. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que « « la distance entre la dite lame transparente ejt la face de l'élément est inférieure à 1 mm, et est de préférence comprise entre 0,01 mm et 0,5 mm.4. Method according to claim 3, characterized in that "" the distance between said transparent blade and the face of the element is less than 1 mm, and is preferably between 0.01 mm and 0.5 mm. 5. Procédé suivant l’une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le débit du courant de gaz est compris entre 75 1/min. et 125 1/min. par face de l'élément.5. Method according to either of claims 1 to 4, characterized in that the flow rate of the gas stream is between 75 1 / min. and 125 1 / min. by face of the element. 6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on ionise le dit gaz avant de le mettre en contact avec la face du dit élément.6. Method according to either of claims 1 to 5, characterized in that said gas is ionized before bringing it into contact with the face of said element. 7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisé en Ce que l'on soumet la facp^3u dit élément à un Jrayonnement a . <~A '7. Method according to one or other of claims 1 to 5, characterized in that the facp ^ 3u said element is subjected to a Jrayonnage a. <~ A '
LU86107A 1984-10-18 1985-10-03 Maintaining cleanliness of gas swept optical element - e.g. laser lens, by neutralising triboelectric charges LU86107A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0464213B1 (en) * 1990-01-19 1995-07-19 Fanuc Ltd. Method of laser cutting work

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0464213B1 (en) * 1990-01-19 1995-07-19 Fanuc Ltd. Method of laser cutting work

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