Brevet FR2491370A1 — publié le 19820409

Z491370 La présente invention se rapporte à un appareil de traitement par laser pour découper des pièces du genre tole par faisceau laser et en particulier elle se rapporte à une amélioration de la précision de traitement par détection précise de la position de l'axe optique. Dans un appareil de traitement par laser, le trai- tement s'effectue généralement sous la commande d'un appareil à commande numérique ou d'un ordinateur. Dans un tel appareil de traitement par laser, il est néces- saire de régler exactement la relation de position en- tre une position d'origine ou position de référence correspondant au positionnement initial d'une pièce du genre tole à traiter et une position de traitement o il faut placer l'axe optique du faisceau laser. La position d'origine est indiquée par référence i l'axe optique du faisceau laser. Par conséquent lors- que l'on pose un signal d'entrée de position dans un appareil de commande tel qu'un appareil à commande nu- mérique, l'axe optique du faisceau laser se déplace pour passer de sa position d'origine à la position correspondant au signal d'entrée posé. Puis le posi- tionnement, qui a lieu ensuite, de la pièce à traiter s'effectue sur la base de sa position d'origine servant de référence et en accord avec les signaux correspon- dants aux valeurs de coordonnées entrées dans l'appa- reil de commande. Lorsque le traitement par laser com- me par exemple une découpe s'effectue après le posi- tionnement de la pièce à traiter, il n'y a pas de pro- blème si la position relative entre la position d'ori- gine et l'axe optique du faisceau laser est toujours exactement conservée. Dans l'appareil de traitement par laser toutefois une légère déviation peut parfois se produire par rapport à la position de l'axe du faisceau laser, du fait d'un échange d'un condenseur à lentilles 249 1370 ou autre semblable, ou du fait d'une erreur dans le système de trajet optique pendant l'utilisation, dé- viation qui cause un effet indésirable sur la précision de fabrication. Du fait que l'on utilise généralement un laser au gaz carbonique, sous forme de rayons invi- sibles, il a été plut8t difficile de détecter la déviation de l'axe optique du faisceau laser. La présente invention a été faite au vu des pro- blèmes précédents et son premier objet est de procurer un détecteur capable de détecter très facilement la valeur de la déviation de l'axe optique du faisceau laser dans un appareil de traitement par laser qui emploie un résonateur laser C02 usuel du commerce. L'objet secondaire de l'invention est de procurer un appareil de détection par laser capable de détecter la valeur de la déviation correspondant à l'axe optique du faisceau laser et d'effectuer le traitement par laser avec une haute précision grâce à la correction de la valeur de la déviation. Pour atteindre les objets précédents, selon l'in- vention, un certain nombre de détecteurs d'imagessont disposés radialement autour d'un certain point pris comme centre et l'axe optique du faisceau laser émis depuis l'appareil de traitement par laser en direction de chacun des détecteurs d'images est calculé et affi- ché, sur la base d'au moins trois points de positions des détecteurs d'images irradiés par le faisceau laser. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la des- cription qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se réf érant aux dessins annexés su-r lesquels: La figure 1 est une vue latérale en élévation et la figure 2 une vue en plan, respectivement, d'un appa- reil de traitement par laser concrétisant les principes de l'invention, la figure 3 est un plan rectificatif pour le détecteur de déviation et, les figures 4 et 5 sont des vues explicatives pour la détection de la valeur de la déviation. En se reportant aux figures 1 et 2, l'appareil de traitement par laser 1 comporte un résonateur laser 3 comme un résonateur laser au C02 (gaz carbonique) et une unité de traitement 5 à bâti en forme de C. Le ré- sonateur laser 3 pouvant être un appareil usuel dispo- iO nible dans le commerce il n'est pas nécessaire d'en décrire uarticulièrement la structure détaillée. L'appareil de traitement 5 comporte une embase 9 qui. supporte une table 7 qui supporte sur sa surface supérieure, avec possibilité de déplacement, une pièce genre tole W, comporte également une poutre supérieure 11 située au-dessus de l'embase 9 et un montant verti- cal 13 Aié à l'embase 9 et à la poutre supérieure il pour donner la forme de la lettre C. Un certain nombre de moyens de réduction du frot- tement 7a équipés de billes d'acier tournantes, sont montés sur la surface supérieure de la table 7 de fa- çon à supporter sans à coups la pièce W. Des deux côtés de l'embase 9 (à la fois côté avant et c8té ar- rière sur le dessin de la figure 1) sont fixés une paire de guides selon l'axe Y 15, qui s'étendent hori- zontalement dans cette direction (vers la gauche et vers la droite sur la figure 1); et une paire de chariots selon l'axe Y 17, mobiles selon les direc- tions vers la gauche et vers la droite le long des guides 15 selon l'axe Y sont montés sur les guides 15 selon l'axe Y. Les deux chariots 17 selon l'axe Y sont reliés l'un à l'autre, pour former une pièce unique, par un élément de liaison 19 qui s'étend dans la direc- tion de l'axe Y (dans la direction horizontale perpen- diculaire aux guides 15 selon l'axe Y,), en conservant 24 91370 un léger jeu par rapport à la surface supérieure de la table 7. Par conséquent, les deux chariots 17 selon l'axe or se déplacent d'une pièce selon la direction de l'axe Y (vers la droite et vers la gauche sur la figure 1'. L'élément de liaison 19 est monté avec un guide 21 selon l'axe X qui s'étend dans la direction de l'axe X perpendiculaire aux guides 15 selon l'axe Y et le guide 21 selon l'axe X comporte un chariot 23 selon l'axe X mobile le long du guide 21 selon l'axe X. Un certain rnombre de brides, capables de brider la portion d'extrémité de la pièce W portée, avec possibilité de déplacement, à la surface de la table 7, sont montées, en nombre approprié, sur le chariot 23 selon l'axe X.- En conséquence, en déplaçant le chariot selon l'axe X 23 correctement le long des guides selon l!axe X 21, on déplace la pièce w dans la direction de l'axe X lorsqu'elle est bridée dans les brides 25. De cette façon il est possible de déplacer convenablement la pièce W et de la mettre en place à la fois selon les directions des axes X et Y en déplaçant le chariot selon l'axe Y 17 selon la direction de l'axe Y et le chariot selon l'axe X 23 selon la direction de l'axe X. Un bras 27 qui s'étend parallèlement au guide 15 selon l'axe Y est monté à une extrémité de l'élément de liaison 19 (extrémité supérieure de. la figure 2 de cette réalisation); et une paire de tables mobiles 29a, 29b sont solidaires, de part et d'autre, de la table 'i. Les surfaces supérieures du bras 27, de la table 7 et des tables mobiles 29a, 29b sont coplanaires ou affleurantes l'une avec l'autre, et une butée de référence 31 selon la direction de l'axe X est montée près-de l'extrémité supérieure du bras 27 de façon à pouvoir exécuter un déplacement vertical en extension ou en rétraction par rapport aux surfaces supérieures, En conséquence, lorsque la pièce à traiter W vient s'abouter par son bord contre la butée de préférence 31 maintenue dans la situation d'extension, cette pièce W est positionnée à la position de référence, c'est-à-dire la position d'origine, selon la direction de l'axe X. Cette pièce W est également positionnée à la position de référence selon la direction de l'axe Y si elle est maintenue au contact de la butée (non représentée) prévue contre la bride 25, le chariot 17 selon l'axe Y étant positionné à la position la plus à gauche sur les figures 1 et 2 et la bride 25 étant en position d'ouverture. Comme on peut le voir des descriptions précédentes, la position d'origine (position correspondant à X = 0, y =o.) se trouve au point de croisement de.la droite parallèle à l'axe Y passant par la surface d'about de la butée de référence 31 et de la droite parallèle à l'axe X passant par la surface d'about de la butée de la bride 25 lorsque le chariot 17 selon l'axe Y est situé le plus à gauche sur les figures 1 et 2. Par conséquent l'angle de la pièce W est positionné à la position d'origine (X = 0, Y = 0) lorsque les deux bords, qui se croisent, de la pièce W sont positionnés au contact de la butée de la bride 25 et de la butée de référence 31, respectivement, le chariot 17 selon l'axe Y étant situé le plus à gauche sur les figures 1 et 2. Dans cette situation on peut positionner exac- tement la pièce W selon les directions des axes X et y en bridant la pièce W au moyen de la bride 25 et en la déplaçant selon les directions des axes X et Y, la po- sition d'origine servant de référence. En liaison avec ce qui précède, on comprendra que les chariots 17 selon l'axe Y et 23 selon l'axe X, peuvent être automatiquement déplacés et arrêtés le long des axes Y et X en étant commandés par un dis- positif de commande convenable tel qu'un dispositif de commande numérique ou un ordinateur (non representé) permettant de positionner la pièce W selon les axes X et Y. Un certain nombre de miroirs réfléchissants 33a, 33b et 33c sont montés sur la poutre supérieure i1l pour réfléchir convenablement le faisceau laser prove- nant du résonateur laser 3, de facon que ce faisceau laser soit dévié verticalement en direction de la surface supérieure de ltable 7 par le réflecteur de faisceau 33c monté près de l'extrémité avant de la poutre supérieure 11. De plus un condenseur à lentil- les 35 est monté, avec possibilité de réglage, verti- calement par rapport à l'extrémité avant de la poutre supérieure 11, pour condenser le faisceau-laser sur un spot de fin diamètre à la surface supérieure de la pièce W lorsqu'on le règle verticalement. Bien que non représentée sur les dessins, il est prévu une buse pour fournir un jet de gaz auxiliaire en direction de la position du traitement par laser de la picc W, à la partie inférieure de l'extrémité avant de la poutre supérieure 11, et il est prévu un collecteur de pous- sière par dessous, sur l'embase 9, pour évacuer les crasses ou les gaz résultant du traitement par laser. A partir de la description précédente, on comprendra que la piece W puisse être traitée par laser selon une forme désirée, obtenue par projection du f aisceau, laser provenant du résonateur à laser 3 en direction de la pièce W qui se trouve sur la table 7, par envoi déun jet de gaz auxiliaire par la buse et par déplacement correct de la pièce W selon les directions des axes X et Yo Dans la disposition décrite ci-dessus, toutefois, la précision du traitement sera compromise s2il se produit une erreur ou une déviation dans la position relative entre la position de traitement, à savoir l'axe optique du faisceau laser, et la position d'ori- gine (X = 0, Y = 0), lors de l'exécution du traitement par laser pendant le déplacement et le positionnement de la pièce W selon les directions des axes X et Y. Par conséquent, du fait de ce désavantage, l'invention apporte un moyen de détection de la déviation 37 pour détecter la valeur de la déviation de l'axe optique du faisceau laser. Comme représenté sur les figures 2 et 3, le moyen de détection de la déviation 37 comporte un détecteur de position 43 qui comprend un certain nombre de dé- tecteurs d'images 41 montés sur une plaque de réfé- rence 39 dont les bords latéraux 39a et 39b sont per- pendiculaires l'un à l'autre. Chacun des détecteurs d'images 41 comporte une section photoréceptrice dans laquelle un certain nombre de petits éléments photo- récepteurs, fabriqués à partir de semiconducteurs, sont disposés linéairement, ainsi qu'une section de balayage électronique faite d'un registre à décalage; et il est conçu pour effectuer le balayage électroni- que sur la section photoréceptrice pour détecter par là les signaux de sortie (photointensité) fonction du nombre d'éléments photorécepteurs qui recoivent la lumière dans la section photoréceptrice. Par con- séquent la plage affectée par la lumière de la photo- réceptrice peut se déterminer par la détection des signaux de sortie. Comme le représente spécifiquement la figure 4, les détecteurs d'images 41 sont disposés radialement Aselon les directions des axes X et Y dans cette réa- lisation) autour d'un point A comme centre, et la distance du point A à l'extrémité interne de chacun des détecteurs d'images 41 est prise égale. Le point A est situé au point de coordonnées a selon la direction de l'axe x et b selon la direction de l'axe Y. le point de croisement des bords latéraux 39a et 39b de la plaque de référence 39 coïncidant avec le point o d'origine. Par conséquent le point A coïncidera avec l'axe optique du faisceau laser qui se situe en un point prédéterminé B (X = a + c, Y = b + d) par un déplacement correspondant à la distance a selon la direction de l'axe X et à la distance d selon la direc- tion de l'axe Y. Quand on déplace la point A et qu'on le positionne au point B, si le faisceau laser vient irradier les détecteurs d'images 41 comme indiqué sur les figures 4 et 5, chacun des détecteurs d'images 41 va recevoir et détecter le faisceau laser lors de la projection de ce faisceau laser sur le détecteur d'i- mage 41. il est souhaitable de réduire l'énergie pro- venant du faisceau laser par un moyen convenable tel qu'un demi miroir, lors de l'émission de ce faisceau laser en direction du détecteur d'images 41. Si le point A et le point B coïncident l'un avec l'autre, les distances entre le point A et les points d'inter- section pl, p2, p3, p4 entre les portions qui reçoi- vent le faisceau laser et les portions qui ne le re- çoivent pas, sur chacun des détecteurs d'images 41, seront égaies l'une à l'autre. Par contre si l'axe optique du faisceau laser a été déviée il en résulte une différence pour les distances entre le point A et chacun des points d'intersections pl, p2, p3, p4. Par conséquent on peut déterminer la valeur de la dévLa- tion Q de l'axe optique du faisceau laser par rapport au point A en détectant les positions de trois points appropriés, par exemple des points d'intersection pl, p2, p3, p4 et en déterminant par le calcul le point d'intersection B' entre la médiatrice du segment pl p2 et la médiatrice du segment p2 p3. De cette façon, en appliquant la correction correspondant à la valeur de la déviation Q, le traitement par laser peut s'effectuer avec une haute précision même dans le cas o une déviation se produit dans l'axe optique du faisceau laser. Le déplacement de la plaque de référence 39 en direction du point B de la manière indiquée ci-dessus s'effectue en positionnant le chariot 17 selon l'axe Y et autres semblables le plus à gauche sur les fi- gures 1 et 2 et en positionnant la plaque de référence 39 selon les directions des axes X et Y de la même façon que pour la pièce W; puis en déplaçant la plaque de référence 39 selon les directions des axes X et Y en la bridant dans la bride 25 de la même façon que pour la pièce W. Un dispositif d'affichage 43 est monté sur le détecteur de déviation 37. Ce dispositif d'affichage 43 est électriquement relié à chacun des détecteurs d'images 41 et il est prévu pour effectuer les opéra- tions de calcul permettant de déterminer la position du point B' sur la base des signaux d'entrée provenant de chacun des détecteurs d'images 41, selon la position de chacun des points d'intersection pl, p2, p3, p4, et pour calculer et afficher la valeur de la déviation Q. Par conséquent on peut déterminer la valeur de la déviation de l'axe du faisceau laser en lisant l'indi- cation du dispositif d'affichage 43, ce qui permet de corriger facilement la valeur de cette déviation. Comme on le comprend à partir de la réalisation des descriptions ci-dessus, selon l'invention, puis- qu'il devient possible de détecter facilement la valeur de la déviation de l'axe du faisceau laser, il est possible d'améliorer la précision du traitement par laser en effectuant une correction de la valeur de cette déviation. Par conséquent même si l'axe optiue du faisceau laser vient à être dévié du fait d'un Déchange de condenseur à lentilles ou autre sem- b1aboe ou du fait d'erreurs dans le système de trajet optique du faisceau laser, on peut effectuer le trai- S tement par laser avec une haute précision et sans incident. Bien entendu diverses modifications peuvent &tre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs cui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur de la valeur de la déviation de l'axe optique d'un appareil de traitement par laser, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque de base, fixée avec possibilité d'être déplacée, sur un dis- positif de transfert de la pièce à traiter, un dis- positif monté sur l'appareil de traitement par laser de façon mobile selon les directions des axes X et Y en ce qu'il comporte un certain nombre de détecteurs d'images disposés radialement autour d'un certain point servant de centre sur la surface supérieure de ladite plaque de base;.et en ce qu'il comporte un dispositif d'affichage pour afficher la position axia- le du faisceau laser calculée sur la base d'au moins trois points des positions des détecteurs.d'images irradiés par ledit faisceau laser émis à partir d'un résonateur laser en direction de chacun desdits détec- teurs d&images. 2. Détecteur défini. à la revendication 1, carac- térisé en ce que lesdits détecteurs d'images sont mon- tés sur une plaque de référence et en ce que chacun desdits détecteurs d'images comporte une section photo- réceptrice dans laquelle un certain nombre de petits éléments photorécepteurs, fabriqués à partir de semi- conducteurs, sont disposés linéairement. 3. Détecteur défini dans les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit appareil de traitement par laser comporte une embase surpportant ladite plaque de base ainsi qu'une poutre supérieure suppor- tant un condenseur à lentilles réglable vers le haut et vers le bas, ainsi qu'un certain nombre de réflec- teurs réfléchissant convenablement le faisceau laser provenant du résonateur laser et qui dévient vertica- lement le faisceau laser en direction de la surface supérieure de ladite plaque de base.