"Procédé et appareil pour traiter des pierres précieuses" <EMI ID=1.1>
précieuse, ce qui est effectué avant le clivage; le clivage est une division d'une pierre précieuse suivant un plan de clivage.
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Il doit être entendu que travailler une pierre précieuse avec un laser implique normalement un enlèvement de matière, bien que dans le clivage thermique, la pierre puisse être fendue suivant le plan de clivage sans qu'aucune matière soit enlevée.
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diamants, mais on considère qu'elle est généralement applicable à d'autres pierres précieuses, bien que certains des effets puissent être nettement différents, comme dans les diamants, la présence de plans de clivage nets, la formation de graphite et l'absorption d'énergie élevée résultante, et la résistance thermique et mécanique plus élevée.
Travailler des pierres précieuses avec des lasers s'est révélé donner une combinaison de problèmes particuliers qui n'est pas rencontrée en travaillant d'autres matières. Par exemple, les pierres précieuses ont en général une très faible absorption de l'énergie du laser, donnant des problèmes pour atteindre la température de travail; la perte de la pierre précieuse doit être maintenue très faible, à cause de la valeur de la matière de la pierre précieuse; de même, une coupe nette réduit la perte ultérieure de matière de pierre précieuse;� un écaillement et un soufflage ultérieur de morceaux de la pierre précieuse peuvent avoir lieu et provoquer beaucoup de gaspillage.
En outre, la saignée de pierres précieuses exige des <EMI ID=5.1>
ce qui est plus difficile qu'usiner un point, et la ligne doit avoir une forme en section transversale appropriée pour une opération de clivage ultérieure.
La présente invention offre un procède de saignée d'une pierre précieuse, comprenant l'utilisation d'un faisceau de laser à haute énergie, en mode d'ordre bas. La présente invention offre également un appareil pour saigner une pierre précieuse, comprenant une monture pour maintenir la pierre précieuse, et un laser agencé pour soumettre la pierre précieuse à un faisceau de laser à haute énergie, en mode d'ordre bas.
Un faisceau en mode d'ordre unique possède une répartition d'énergie de Gauss sur la section du faisceau, et un faisceau en mode d'ordre bas (qui est approximativement ou est proche d'un faisceau en mode d'ordre unique) possède une répartition d'énergie approximativement de Gauss sur la section du faisceau et donc une énergie appréciablement plus élevée au centre que sur les bords.
Un tel faisceau produit une bonne géométrie de saignée, c'est-à-dire une entaille en V qui est modérément "propre", c'est-à-dire à côtés lisses, et l'entaille est suffisamment large pour recevoir le bout d'un outil de clivage, éventuellement sans devoir faire progresser le faisceau sur la largeur de l'entaille (la largeur étant la dimension perpendiculaire à la longueur ou dimension maximum de l'entaille) - l'entaille peut par exemple être large de 250 microns et profonde de 300 microns ou 400 microns, et l'angle inclus du V peut être d'environ 35[deg.]
(ou disons de 20[deg.] pour de plus petites saignées). En outre, un diamant ne tend pas à s'écailler et les entailles sont également plus reproductibles. Si le faisceau a une faible divergence, la dimension du point concentré est plus petite - par exemple, la divergence du cône du faisceau qui contient 90% du rayonnement peut être 0,8 mRad (milliradian).
La haute teneur en énergie du faisceau amène le diamant la graphitisation et bien que l'absorption d'énergie (dans la zone du foyer du faisceau) est assez basse au début (disons environ 15% à température ambiante), il y a suffisamment d'énergie
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impulsion, et quand l'énergie croit, le pourcentage d'absorption d'énergie augmente jusqu'à une température à laquelle survient
la graphitisation. Normalement, un faisceau de laser sera pulsé, soit en hachant le faisceau lui-même (commuté à zéro), soit en puisant l'entrée d'énergie. L'effet de chauffage est facilité par une vitesse d'impulsions élevée (c'est-à-dire une vitesse de répétition), ce qui permet des taux élevés d'émission d'énergie. Des vitesses d'impulsions préférées sont à partir de 10 Hz, les vitesses plus élevées de 20, 25 ou 50 Hz ou plus (par exemple jusqu'à 85 Hz) étant préférées. La vitesse peut toutefois être inférieure à 10 Hz. A 10 Hz, l'énergie d'impulsion devrait être très élevée afin d'obtenir l'effet de chauffage requis et en des-
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assez élevée pour endommager la pierre. Pour cette raison, la vitesse minimum préférée est 20 ou 25 Hz, des vitesses de répétition plus élevées étant plus viables économiquement. La limite
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entraînant un endommagement. Des durées d'impulsions sont de préférence de 50 microsecondes jusqu'à 150 microsecondes, une bonne
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conde).
Une plage d'énergie appropriée pour le faisceau de laser est 150 à 1000 mJ par impulsion, l'énergie préférée étant autour
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Le laser préféré est un laser à l'état solide, par exemple un laser néodyme/grenat yttrium-aluminium, qui produit un
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longueur d'onde est préférée pour travailler des diamants, car elle produit un point d'usinage focalisé de plus petit diamètre
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duire au minimum le gaspillage de pierre précieuse. Une plus grande profondeur de foyer rend la focalisation moins critique.
L'appareil a une profondeur finie de foyer et, au début du travail, la surface de la pierre précieuse est située grossièrement au milieu de la plage focale; alors que l'entaille pénètre, le faisceau peut devenir légèrement déconcentré, mais une fois (dans le cas-des diamants en particulier) que l'entaillage a commencé et que la graphitisation est survenue, ceci n'est pas critique. Comme exemple, la profondeur de foyer peut être plus ou moins
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néraux, le faisceau est focalisé pratiquement sur la surface de la pierre précieuse.
Une sortie de laser appropriée à haute énergie, vitesse d'impulsions élevée et mode d'ordre bas peut être obtenue à partir d'un laser néodyme/grenat yttrium-aluminium de diverses façons. Le laser peut être pompé par impulsions et agencé pour produire une sortie à répartition d'énergie pratiquement de Gauss en soumettant à une ouverture la sortie en mode multiple (non de Gauss) d'un résonateur optique à laser classique. Comme alter-
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répartition d'énergie de sortie quasi ou pratiquement de Gauss.
Des longueurs d'impulsions permissibles dans la région 50-150 microsecondes peuvent être utilisées pour de tels systèmes, bien que des longueurs d'impulsions beaucoup plus courtes (15 microsecondes) puissent aussi être produites pour usiner un diamant en mettant à la mesure les impulsions d'un laser pompé par impulsions. Des vitesses de répétition acceptables avec de tels lasers sont de 10 Hz à 150 Hz; la vitesse préférée dépendra du type et de la qualité de diamant saigné.
Un laser au néodyme/grenat 'yttrium-aluminium pompé
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sonateur appropriées et une ouverture de faisceau pour produire une répartition d'énergie de sortie de mode d'ordre bas ou pratiquement de Gauss nette. La sortie d'un tel laser doit être déclenchée pour produire des impulsions à vitesse de répétition élevée de haute énergie, avec des longueurs d'impulsions acceptables habituellement dans la plage 50-200 nanosecondes (nanosecon-
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dans la plage 0,5-5,0 KHz.
A cause de la valeur de la matière de pierre précieuse, de petites erreurs dans le réglage et l'alignement peuvent être très onéreuses et ainsi un système optique spécial a été conçu pour assurer un travail précis alors que le faisceau est déplacé le long de la ligne de saignée- le mot"optique" comprend toutes les longueurs d'onde de laser appropriées, en particulier des lon-gueurs d'onde d'infrarouge. La présente invention offre également, associé ou non avec le laser particulier précité, un appareil pour
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le faisceau sur un angle important (de préférence 90[deg.]) et qui peuvent être déplacés pratiquement parallèlement à l'axe du faisceau incident sur les moyens réflecteurs, pour déplacer le faisceau le long de la ligne à saigner* et un agencement de focalisation qui focalise le faisceau. Bien qu'il existe d'autres agencements pour déplacer le point focal afin d'entailler suivant la ligne, cet agencement est particulièrement approprié car il peut offrir la précision requise pour saigner une pierre précieuse. Le faisceau incident sur les moyens de focalisation est de préférence prati-
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De préférence, l'appareil est tel que le point focal puisse être observé le long de l'axe optique de l'agencement de focalisation, par exemple en utilisant des moyens réflecteurs qui se comportent différemment pour la longueur d'onde de laser et pour au moins une longueur d'onde visible. Un agencement pratique consiste à utiliser un moyen réflecteur qui réfléchit les lon-
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gueur d'onde visible de traverser sans réflexion. En pratique, un repère est effectué à la main sur la pierre précieuse pour in-
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servé pour assurer que l'entaillage commence au point correct, en assurant ainsi la précision et en épargnant de la matière. Pour la facilité, l'appareil peut comprendre un autre moyen ré-flecteur fixé au premier moyen réflecteur et se déplaçant avec lui et réfléchissant la longueur d'onde visible ou pas du laser
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ci-dessus. De la sorte, l'observateur effectif ne doit pas se déplacer. On remarquera que l'agencement de focalisation peut aussi être fixé aux deux moyens réflecteurs, de telle sorte que tous trois se déplacent conjointement. L'ajustage de la position du point focal suivant une direction à angle droit avec la ligne d'entaille peut être offert en utilisant un agencement décrit en
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Une forme de réalisation préférée de l'invention est à présent particulièrement décrite, avec référence au dessin annexé, dans lequel:
La figure 1 est une vue d'un diamant qui a été marqué préalablement à la saignée et ensuite au clivage; La figure 2 est une vue latérale schématique d'un appareil suivant l'invention, le diamant étant représenté fortement agrandi; La figure 3 est une vue du diamant, tel qu'il serait vu à travers le réticule de l'appareil de la figure 2; et La figure 4 est une coupe transversale à grande échelle de la saignée, représentant aussi le bout de l'outil de clivage.
A la figure 1, le diamant a été marqué avec une croix
2 pour indiquer le centre de l'entaille de saignée. On observera qu'une branche de la croix est marquée le long d'un bord 3 du diamant, tandis que l'autre branche suit la ligne de coupe proposée 4, les deux branches de la croix n'étant habituellement pas à
<EMI ID=25.1> le clivage ultérieur.
Dans l'appareil de la figure 2, il existe un laser au néodyme/grenat: yttrium-aluminium 6 qui offre un faisceau pratiquement parallèle, à haute énergie, à vitesse d'impulsions élevée, en mode d'ordre bas, indiqué par les petites flèches à pointe unique. Le faisceau est dévié sur 90[deg.] par un miroir 7
qui est réfléchissant pour la lumière infrarouge du laser mais n'est pas aussi réfléchissant pour les longueurs d'onde visibles.
Le faisceau traverse alors un agencement de focalisation 8 et est focalisé sur le diamant 1, qui est dans un support approprié tel
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ci-dessus. Le point focal peut être observé directement à travers le miroir 7 grace à deux autres miroirs 9, 10 et un oculaire et filtre approprié 11 comprend un réticule 12, la lumière visible étant indiquée par deux petites flèches à double pointe. Les miroirs 9, 10 peuvent être argentés en surface de la façon normale pour être totalement réflecteurs.
Comme indiqué d'une façon schématique, l'agencement de focalisation 8, le miroir 7 et le miroir 9 sont tous fixés à une seule monture de support 13 qui peut être avancée dans le sens indiqué par les grandes doubles flèches au moyen d'une vis d'avance 14. Cette vis d'avance peut être reliée à un codeur d'arbre pour la commande du mouvement de translation de la monture 13.
En tant que partie de la procédure de réglage, le diamant 1 est situé de telle sorte que la branche transversale de la croix 2 apparaisse rectiligne, comme vu à la figure 3, et la croix 2 est en alignement avec le réticule 12 (qui est indiqué sur le coté de la figure 3 pour la clarté), la supposition étant que la branche transversale de la croix 2 est déjà en alignement avec la ligne de coupe 4. Toutefois, pour la remise à l'état initial,
la vis d'avance 14 peut être amenée à tourner manuellement pour placer le centre de la croix 2 sur le centre du réticule 12. Si le réglage correct des miroirs, etc, doit être vérifié, le laser peut alors donner une seule impulsion sur un morceau d'essai qui est observé à travers l'oculaire 11 pour assurer que c'est le centre de la croix 2.
En admettant que le réglage est correct, le laser est
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tions ou passes complètes, en déplaçant ou faisant avancer le faisceau de laser par rapport au diamant et en formant une saignée sur le diamant 1 le long de la ligne 4. La figure 4 représente une saignée appropriée, avec un angle inclus de 35[deg.] et une pro-
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Il s'est révélé qu'il peut être nécessaire de faire avancer le faisceau sur la largeur de l'entaille aussi bien que le déplacer sur la longueur, bien que ceci dépende du type exact de faisceau de laser utilisé.
Plus en détail, le laser 6 peut être réalisé avec un résonateur stable comprenant un miroir de sortie 15, un barreau de laser au néodyme/grenat yttrium-aluminium 16 et un miroir
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trouve un télescope réducteur de faisceau/expanseur de faisceau 18
(un télescope intra-:cavité) avec un grossissement de 2X, et le miroir 17 est à une distance suffisante pour qu'une diffraction suffisante soit atteinte pour discriminer vis-à-vis des modes d'ordre supérieur , afin de donner un faisceau de sortie plus net, à faible divergence qui est pratiquement en mode unique; la sortie a un profil de faisceau quasi de Gauss. La vitesse d'impul- <EMI ID=30.1>
Au lieu de l'oculaire 11 et du réticule 12, tn moniteur de télévision pourrait être utilisé, par exemple avec un réticule
12 engendré électroniquement.
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peut être clivé. Un support approprié pour ceci est décrit dans le brevet britannique 2.052.369A,mentionné ci-dessus. Le plan de clivage 20 est indiqué.
REVENDICATIONS
1. Un procédé de saignée d'une pierre précieuse, consistant à utiliser un faisceau de laser à haute énergie, en mode d'ordre bas.