Brevet FR2415513A1 — publié le 19790824

L'invention concerne les tachines à usiner par faisceau de rayons LASER Le faisceau de rayons LASER focalisé sur le matériau à traiter concentre une énergie telle qu'il en résulte une disparition de la ratière au point de focalisation; lorsqu' on déplace ce point de focalisation par rapport à la pièce, on peut, selon la profondeur de pénétration du faisceau, réaliser une é au matériau ou use gravure continue ou discontinue, une découpe continue ou oSscontinue /et l'on peut aussi, selon la concentration de l'énergie au point de focalisation, réaliser une tre pe; une soudure, un changement de phase ou une disparition de ratière, On connaît des machines à usinage par rayons LASER dans lesquelles la pièce à usiner est fixe tandis que la source de rayons LASER et les dispositifs optiques associés à cette source sont mobiles. Les machines de ce genre présentent des inconv6- nient, car la source de rayons LASER constitue un ensemble relativement encombrant et fragile qu'il vaudrait nieux ne pas déplacer. On connaît aussi des tachines à usiner par rayons LASER dans lesquelles la source de rayons L & ER et les dispositifs associés à cette source sont fixes, tandis que la pièce à usiner est mobile. Or, les tachines de ce genre présentent aussi des inconvénients car, lorsqu'il s'agit d'usiner des pièces de grandes dilensions, on se heurte à des difficultés de sise en oeuvre et d'encoibrenent, notanuent si l'usinage se fait par copiage, auquel cas, le modèle exploré doit subir des déplace- lents homothétiques de ceux de la pièce. Le but de l'invention est de réaliser une machine qui ne présente pas les inconvénients précités des machines connues. Â cet effet, la tachine suivant l'invention, qui est du type dans lequel la pièce à usiner est fixe, tandis que la tête d'usinage qui dirige le faisceau de rayons LASER sur la pièce & usiner est portée par un système de chariots croisés superposés mobiles horizontalement suivant deux axes de coordonnées au-dessus d'une table horizontale porte-pièce, est caractérisée an ce que la source de rayons LASER est égalenent fixe et dirige le faisceau de rayons dans une direction parallèle & un premier des deux axes de coordonnées précités sur un dispositif de réflexion porté par l'un des chariots et propre à renvoyer ledit faisceau sur la tête d'usinage dans une direction horizontale parallèle au second axe de coordonnées, la tête d'usinage étant munie elle-nive d'un dispositif de réflexion propre à renvoyer le faisceau de rayons dans une direction verticale vers la table porte-pièce. Grâce a cette structure particulière, la machine suivant l'invention, dans laquelle la pièce à usiner et la source de rayons LASER sont toutes les deux fixes, bénéficie des avantages de chacun des deux types de machines connues précités, dans lesquels c'est la pièce à usiner seule ou la source de rayons seule qui est fixe. Dans un iode de réalisation particulièrement avantageux, la tchine colporte un système de régulation propre à maintenir constante la longueur de la partie du faisceau de rayons TER comprise entre la source et la table porte-pièce, afin que les conditions d'usinage au point de focalisation du faisceau soient identiques en tous points de la pièce, ainsi qu'on le comprendra mieux à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exem- ple non limitatif ce iode de réalisation de l'invention. Sur ces dessins: Fig. 1 représente l'ensemble de la machine en perspective, Fig. 2 représente à plus grande échelle, égalaient en perspective, les mécanismes de commande de la tête d'usinage, Fig. 3 est une vue schématique en plan illustrant le trajet du faisceau de rayons LASER, Fig 4a, 4b et 40 représentent en plan, & plus grande échelle, un détail du dispositif de régulation de la longueur du faisceau de rayons LASER, et Fig.5 est, encore à plus grande échelle, une vue du même dispositif de régulation observé dans la direction de la flèche V de la Fig.2. Le tchine d'usinage & faisceau de rayons LASER représentée dans son enseible sur la Fig.1 colporte essentiellement un bâti 1 qui supporte, d'une part, une source 2 de rayons LASER et, d'autre part, une table porte-pièce 3, une table porte modèle 4, et un ensemble de chariots croisés 5 qui porte un traceur optique 6 d'exploration d'un nodule 7 posé sur la table porte-iodèle 4 et une tête 8 d'usinage d'une pièce 9 posée sur la table porte-pièce 3. Le bâti 1 est très rigide, afin que les différents groupes d'organes qu'il porte soient parfaitement positionnés les uns par rapport aux autres. 8ur la table porte-modèle 4, on a indiqué deux axes de coordonnées rectangulaires Or, Oy auxquels on se reportera dans ce qui suit pour faciliter la compréhension. Le traceur optique 6 et la tête d'usinage 8 sont fixés, respectivement, sur les deux extrémités d'une barre mobile 12 montée à coulissement dans la direction de l'axe Ox, dans un chariot 13, lui-même monté à coulissement, dans la direction de l'axe Oy, sur deux barres fixes 15, 16 supportées, par leurs extrémités, dans des blocs 17, 18, 19, 20 fixés sur la table porte-modèle 4, en dehors de l'emplacement réservé au modèle. I barre mobile 12 et le chariot 13 constituent ce qu'on a ap pelé plus haut ensemble de chariots croisés 5. Dans ce qui suit, la barre mobile 12 pourra être appelée aussi, chariot su périeur, et le chariot 13, chariot inférieur. Les déplacements de la barre mobile 12 (voir aussi Fig.2) sur le chariot 13 et les déplacements du chariot 13 sur les barres fixes 15, 16 sont assurés, respectivement, par deux mo teurcson#2n22 qui sont, par exemple, des moteurs électriques à coùr#zt/plac s sous le contrôle d'un bloc électronique 23 (Fig.1) en liaison avec le traceur optique 6. Le faisceau de rayons LASER 31 est émis par la source 2, dans la direction de l'axe Oy (Fig.1 à 3); il rencontre succes vivement : une surface réféléchissante 32 d'un bloc optique 33 fixe, qui le renvoie parallèlement à l'axe Or; une surface ré fléchissante 34 d'un bloc optique mobile 35, qui le renvoie parallèlement à l'axe Oy; une surface réfléchissante 36 de ce même bloc optique mobile, qui le renvoie parallèlement à l'axe Or, mais en sens inverse; une surface réfléchissante 37 du bloc optique fixe 33, qui le renvoie de nouveau dans la direction de l'axe Oy et, plus précisément, dans le prolongement de sa direc tion å as sortie de la source 2; une surface réfléchissante 41 portée par le chariot supérieur 13, qui le renvoie dans la di rection de l'axe Or; et enfin une surface réfléchissante 42 portée par la tête d'usinage 8, qui le renvoie, verticalement, sur la pièce à usiner 9 posée sur la table 3. Dans ce qui suit, le bloc optique fixe 33 sera appelé dis positif fixe d'interception et de réflexion, et le bloc optique mobile 35, dispositif de réflexion régulateur mobile. Leur rôle est de rendre constante la longueur du faisceau de rayons LASER entre la source 2 et la pièce à usiner 9, en obligeant ledit faisceau à former, entre ces deux dispositifs, une boucle de longueur variable dont le raccourcissement ou l'allongement compensent exactement l'allongement ou le raccourcissement du chemin que doit parcourir le faisceau pour atteindre un point de la pièce plus ou moins éloigné de la source. Le dispositif de réflexion régulateur mobile 35 coulisse sur une tige horizontale fixe 45 (Fig.2) parallèle à l'axe Ox et supportée, à ses deux extrémités par les supports 19 et 20. les déplacements de ce dispositif sont assurés par un moteur électrique à deux sens de rotation 46 qui, par l'intermédiaire d'une boite de vitesses 47, entraîne un pignon denté 48 en prise avec une crémaillère 49 solidaire de la barre 45, sous le contrôle d'un dispositif électrique inverseur 52 qui comporte un contact électrique fixe de marche avant 53, un contact électrique fixe de marche arrière 54 et un contact mobile 55. Tous ces éléments sont portés par le dispositif régulateur mobile 35. le contact mobile 55 est porté par un doigt 56 qui peut pivoter, en 57, dans le boîtier du dispositif inverseur 52 et qui porte un galet tendeur 61 sur lequel passe un lien flexible inextensible 62 qui passe aussi sur deux galets de renvoi 63, 64 (voir aussi Fig.4) portés également par le dispositif 35 (voir également Fig.2), sur un galet de renvoi 65 porté par le support fixe 20, et sur un galet 66 porté par le chariot supérieur 13. L'une des extrémités du lien 62 est attachée, en 67, sur le support fixe 20 et son autre extrémité en 68, sur la tête d'usinage 8. En projection sur un plan horizontal, le trajet du lien souple inextensible 62 et le trajet du faisceau de rayons RASER sont confondus.Le contact mobile 55 de l'inverseur 52 est sollicité élastiquement vers le contact 54 de marche arrière par un ressort 71 attaché au doigt 56 et au boîtier de l'inverseur; ce ressort tend, en même temps, à déplacer le galet 61 dans le sens qui provoque la tension dudit lien, la marche arrière du moteur électrique 46 correspondant à son sens de rotation pour lequel il tend le lien davantage.Ainsi, lorsque le lien est convenablement tendu, il maintient le galet tendeur 61 en position neutre comme représenté sur la Figea pour laquelle le contact mobile 55 de l'inverseur se trouve à mi-chemin entre les contacts 53 de marche avant et 54 de marche arrière, de sorte que le moteur 46 ne tourne pas, tandis que, si la tension du lien croit, ou décroît, le galet tendeur 61 se déplace dans le sens correspondant (voir Fig.4b ou 4c respectivement) et entraine le contact mobile 54 qui, a son tour, assure l'alimentation du moteur pour le faire tourner dans le sens qui rétablit la tension du lien à sa valeur de régime. En fonctionnement, pendant que le traceur optique 6 explore le modèle 7, la tête d'usinage 8 effectue, au-dessus de la table 3, des déplacements homothétiques de ceux du traceur optique, de sorte que le faisceau RASER focalisé sur la pièce & usiner 9 décrit, sur celle-ci, un contour identique à celui du modèle.De plus, le dispositif d'interception et de réflexion 35 fait faire au faisceau de rayons LASER une boucle identique à celle qu'il fait faire au lien souple 62 et, comme ledit lien est inextensi ble et constatent maintenu tendu, conte expliqué plus haut, le chemin parcouru par le faisceau de rayons LISER est toujours égal A la longueur invariable du lien. I1 en résulte que le faisceau de rayons MASER travaille toujours dans les mêmes conditions sur la pièce å usiner, quel que soit l'emplacement du point d'usinage sur la pièce, ce qui était le but & atteindra Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui a été donné à titre d'exemple; on peut y apporter de nombreuses modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, de son cadre. C'est ainsi, par exemple, qu'on a supposé dans ce qui précède, que les déplacements du faisceau de rayons LISER étaient contrôlés par un traceur optique explorant un modèle, mais ils pourraient être contrôlés par tous autres moyens désirés, par exemple en réponse à des informations enregistrées d'avance dans un prograne, la machine étant alors dite å commande numérique. De même, e, lemaintien sous tension du lien souple inexten- sible, au lieu d'être assuré par une conande à servo-moteur du genre de celle décrite, pourrait être assurée par d'autres noyens par exemple par un mécanisme à ressort qui agirait direct tement sur le dispositif mobile régulateur 35 pour solliciter celui-ci en permanence dans le sens qui assure la tension du lien; dans ce cas, le dispositif n'aurait besoin que d'un seul galet pour former la boucle du lien. REVENDICATIONS 1.- Machine d'usinage à faisceau de rayons LCLSEB dans laquelle la pièce à usiner est fixe, tandis que la tête d'usinage qui projette le faisceau de rayons LASER sur la pièce à usiner est portée par un système de chariots croisés superposés mobiles horizontalement suivant deux axes de coordonnées au-dessus d'une table horizontale porte-pièce, caractérisée en ce que la source de rayons I & ER (2) est également fixe et dirige le faisceau de rayons (31) dans une direction (Oy) parallèle à un premier des deux axes de coordonnées (Or, Oy) précités sur un dispositif de réflexion (41) porté par l'un des chariots (13) et propre à renvoyer ledit faisceau sur la tête d'usinage (8) dans une direction horizontale parallèle au second axe de coordonnées (Ox), la tête d'usinage (8) étant munie elle-même d'un dispositif de réflexion (42) propre à renvoyer le faisceau de rayons dans une direction verticale vers la table porte-pièce (3). 2.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un système de régulation (33, 35,*62) propre à maintenir constante la longueur de la partie du faisceau de rayons LASER (31) comprise entre la source (2) et la table portepièce (3). 3 - Machine suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le système de régulation propre à maintenir constante la longueur de la partie du faisceau de rayons LASER (31) comprise entre la source (2) et la table porte-pièce (3) comporte un dispositif fixe d'interception et de réflexion (33) associé à un dispositif de réflexion régulateur mobile (35) de manière à former une boucle optique de longueur variable entre la source et le dispositif de réflexion (41) porté par le chariot supérieur (13), ledit dispositif fixe d'interception et de réflexion (33) étant disposé entre la source (2) et le dispositif de réflexion (41) porté par le chariot supérieur (13) et comportant des moyens (32) de réflexion du faisceau incidçnt vg s le dis qui se déplace positif de réflexion régulateur mobile (35)/dans une direction (Ox) parallèle à celle des déplacements du chariot supérieur (13) et qui est muni de moyens (36) de réflexion du faisceau propres à renvoyer ce dernier sur le dispositif fixe (33) d'interception et de réflexion muni, en outre, de moyens (37) de réflexion propres à renvoyer le faisceau sur le dispositif de réflexion horizontale (41) porté par le chariot supérie b e dispositif de réflexion régulateur mobile (35) étant soumis à l'action de moyens de commande (46-48, 52) propres à maintenir constante la somme des portions du faisceau de rayons LASER (31) comprises successivement entre la sortie du dispositif fixe d'interception et de réflexion (33), le dispositif de réflexion (41) porté par le chariot supérieur (13), et le dispositif de réflexion (42) porté par la tête d'usinage (8). 4 - Machine suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de commande du dispositif de réflexion régulateur mobile (35) sont constitués par un lien souple inextensible (62) qui suit le trajet du faisceau de rayons LASER entre l'ventrée du dispositif fixe d'interception et de réflexion (33) et la tête d'usinage (8) auxquelles il est attaché par ses deux extrémités, ledit lien souple (62) passant sur des galets de renvoi (66, 61, 63, 64) portés par le chariot supérieur (13) et par le dispositif de réflexion régulateur mobile (35), tandis que ce dernier est sollicité en permanence par des moyens mo teurs, par exemple un ressort dans le sens qui met sous tension ledit lien souple inextensible 5.- Machine suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de commande du dispositif de réflexion régulateur mobile (35) sont constitués par un dispositif mécanique (48, 49) adapté à entraîner ledit dispositif sélectivement dans un sens ou dans l'autre et actionné par un moteur (46) placé sous le contrôle d'un inverseur (52) lui-même actionné par un dispositif (56) sensible à la valeur de la tension dudit lien souple inextensible. 6.- Machine suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le moteur est un moteur électrique (46) à deux sens de rotation et l'inverseur est un commutateur électrique (52) avec un contact d'entrée (55) et deux contacts de sorties sélectives (53, 54) permettant l'alimentation du moteur pour sa rotation dans un sens ou dans l'autre.