Brevet FR2504045A1 — publié le 19821022

La présente invention concerne les appareils d'usinage par rayon laser Plus précisément, elle concerne un appareil à laser de puissance destiné à assurer un usi- nage de matières métalliques, par exemple un soudage, une découpe, une trempe superficielle, etc On sait que les appareils réalisés pour la mise en oeuvre de tels usinages comprennent essentiellement une source d'un faisceau laser, un système de focalisation et au moins un miroir vibrant qui réfléchit le faisceau lumineux provenant de la source vers la zone sur laquelle le traitement voulu doit être exécuté. L'invention concerne un appareil à faisceau laser du type indiqué précédemment, destiné à la mise en oeuvre de traitements thermiques de matières métalliques, d'une manière particulièrement efficace. Plus précisément, l'invention concerne un appareil à faisceau laser du type qui comprend au moins un miroir destiné à réfléchir, vers une région prédéterminée, un faisceau laser créé par une source correspondante, et un dispositif destiné à donner au miroir un mouvement oscil- lant qui détermine, pour chaque faisceau laser oscillant, une répartition du faisceau réfléchi correspondant dans un champ angulaire prédéterminé dans lequel se trouve la- dite région prédéterminée, cet appareil étant tel que ce dispositif d'oscillation comprend un support basculant auquel le miroir est raccordé, un moteur, et un ensemble de transformation de mouvement qui transforme le mou- vement rotatif d'un arbre du moteur en un mouvement oscil- lant du support basculant. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation d'une partie de l'appareil selon l'invention, représentée dans un exemple d'application; et la figure 2 est une coupe agrandie suivant la ligne II-Il de la figure 1, certains éléments étant arra- o 4045 chés par raison de clarté. Comme l'indique notamment la figure 1, un dis- positif portant la référence générale 1 est destiné à porter un miroir 2 destiné à dévier un faisceau laser 3 vers une région 4 délimitée par les deux bords tournés l'un vers l'autre de pièces 5 et 6 qui doivent être soudées l'une à l'autre le long de ces bords, lors du fonctionnement. Le dispositif 1 de support fait partie d'un appareil non représenté qui comporte une source non représentée qui émet le faisceau laser 3 de grande puissance, et qui com- prend aussi un système focalisateur non représenté destiné à focaliser le faisceau 3 et, avantageusement, d'autres miroirs. Le dispositif 1 de support est lui-même conve- nablement porté par un socle 8 qui amortit les vibrations et auquel est fixée une plaque verticale 10 de support, par l'intermédiaire de boulons 9 Cette plaque supporte en porte-à-faux un moteur 11 monté sur une bride convenable 12 de raccordement, et elle supporte, en position centrale, une poulie 14 qui est couplée par une courroie 15 à une poulie correspondante 16 clavetée sur un arbre 17 du mo- teur 11 Un ensemble de transformation de mouvement qui porte la référence générale 20 est couplé à la poulie 14; cet ensemble peut transformer un mouvement rotatif d'un arbre 21 de la poulie 14 en un mouvement axialement oscil- lant, avec une amplitude réglable d'une tige 22 appartenant à une bielle 23 de raccordement La plaque 10 supporte aussi, à une première extrémité, un pivot 25 autour duquel pivote une extrémité d'un support 26 dont l'autre extré- mité est raccordée à une bague 27 Celle-ci supporte, par l'intermédiaire de boulons 28, une plaque 29 qui est avan- tageusement circulaire et qui est maintenue à une certaine distance de l'anneau 27 par des entretoises tubulaires Dans la partie opposée à celle qui est tournée vers l'anneau 27 de support, la plaque 29 porte le miroir 2; enfin, la bague 27 a une patte radiale 32 qui est dirigée vers la partie externe de la bague et qui est couplée, par un pivot 33, à un organe 34 en forme de fourche, rac- cordé à la tige 22 de la bielle 23, du côté opposé à celui qui est raccordé à l'ensemble 20 de transformation de mou- vement. Comme l'indique la figure 2, on note que l'arbre 21 de la poulie 14 (non représenté sur la figure 2) tourne autour d'un axe correspondant 35 et est supporté par des paliers 36 par rapport à un corps 37 convenablement rac- cordé d'une manière non représentée à la plaque 10 repré- sentée sur la figure 1 Le palier 36 est avantageusement bloqué sur le corps 37 par une bride 39 et des boulons 40 (un seul est représenté sur la figure 2) L'arbre 21 a aussi une partie 42 qui dépasse du flasque 39 et qui a un axe 43 qui ne coïncide pas avec l'axe 35; en consé- quence, la partie 42 de l'arbre 21 tourne excentriquement par rapport à cet arbre La partie 42 supporte à son tour un excentrique tubulaire 44 auquel est raccordé l'oeillet 46 de la bielle 23 de raccordement, par l'intermédiaire d'un palier 45 L'excentrique tubulaire 44 a un axe de symétrie, repéré par la référence 48, dont la distance à l'axe 43 est avantageusement égale à la distance com- prise entre cet axe et l'axe 35 de l'arbre 21 L'excentri- que tubulaire 44 et la partie excentrique 42 de l'arbre peuvent tourner angulairement l'une par rapport à l'au- tre et, à cet effet, elles comportent un dispositif qui permet à la fois un positionnement relatif de ces élé- ments et un blocage de l'excentrique 44 par rapport à la partie 42, après leur positionnement,-afin que l'excen- trique 44 puisse être entraîné en rotation par l'arbre 21 Ces-éléments peuvent être très différents l'un de l'au- tre Par exemple, la partie 42 peut porter des dents dis- posées radialement, et un siège radial disposé sur l'excen- trique 44 du côté tourné vers les dents radiales, avec une dimension égale à celle de la-cavité comprise entre les dents adjacentes des dents radiales Une clavette peut alors être disposée de manière qu'elle occupe l'espace délimité par le siège et la cavité afin qu'elle assure le couplage angulaire de la partie 42 et de l'excentrique 44 ou qu'elle permette, lorsqu'elle est extraite, la ro- tation de l'excentrique 44 par rapport à l'arbre 21 Dans un autre exemple, ces éléments peuvent être avantageuse- ment réalisés à l'aide d'un ensemble d'entraînement harmo- nique qui est essentiellement formé par un élément ellip- tique générateur d'une ondulation, muni d'un roulement à billes, d'une couronne dentée flexible dont les dents sont tournées vers l'extérieur et qui, lorsqu'elle est montée sur l'élément elliptique, prend sa forme elliptique, et d'une couronne dentée rigide ayant des dents tournées vers l'intérieur et dont le nombre est légèrement supé- rieur à celui de la couronne souple Les deux couronnes ont leurs dents qui sont toujours en prise aux extrémités -de l'axe principal de l'élément elliptique Dans ce cas particulier, l'élément elliptique est raccordé temporai- rement à la partie 42, et la couronne est fixée à l'élément 44 En phase de réglage, l'élément elliptique est séparé de la partie 42 si bien qu'une rotation axiale de l'élément provoque un défaut progressif d'alignementde l'excentrique 44 par rapport à la partie 42 En phase de fonctionnement, l'élément elliptique, la partie 42, la couronne rigide et l'élément 44 sont avantageusement raccordés rigidement les uns aux autres afin qu'ils tournent ensemble à la même vitesse angulaire. Le palier 45 est fixé à l'excentrique tubulaire 44 par une entretoise 49 et un écrou 50 qui est couplé à un filetage correspondant d'extrémité de l'excentrique 44 L'oeillet 46 de la bielle 23 est alors fixé à la bague externe du palier 45 par une bride 51 et plusieurs boulons 52 dont un seul est représenté sur la figure 2. La tige 22 de la bielle 23 a une première et une seconde partie filetée 54, 55 dont les extrémités en regard sont raccordées l'une à l'autre par un tirant 56 et la commande de ce tirant permet le réglage de la longueur de la tige 52 de la bielle 23. Le fonctionnement du dispositif 1 est le suivant. Comme l'indique en particulier la figure 1, lors- que le moteur 11 n'est pas excité, le dispositif 1 est fixe dans la position représentée si bien qu'un faisceau incident 3 a est réfléchi par le miroir 2 et crée un fais- ceau réfléchi représenté en traits pleins par la référence 3 b L'inclinaison du miroir 2 est réglable par simple com- mande du tirant 56 aui détermine la rotation de la bague 27 et en conséquence du miroir 2 autour du pivot 25 Ce réglage permet un centrage convenable du faisceau 3 b sur la région 4 qui doit être soumise au traitement voulu (sou- dage des pièces 5 et 6). L'alimentation du moteur 11 provoque la rotation de l'arbre 21 autour de l'arbre 35 (voir figure 2) par l'intermédiaire des poulies 14 et 16 et de la courroie 15 Cette rotation est transformée en une oscillation sen- siblement axiale de la tige 22 de la bielle 23 de raccor- dement, car l'oeillet 46 de la bielle 23 suit les dépla- cements combinés de l'excentrique 44 et de la partie excen- trique 42 de l'arbre 21 Les oscillations de la tige 22 sont alors transmises par la patte 32 à l'anneau 27 qui oscille ainsi autour du pivot 25 et déplace la plaque 29 et en conséquence le miroir 2 Ainsi, la variation de l'in- clinaison du miroir 2 par rapport au faisceau incident 3 b permet l'oscillation du faisceau réfléchi 3 b d'un angle a entre les deux extrémités opposées pour lesquelles le faisceau 3 b est représenté en traits interrompus Le réglage de la valeur de l'angle e peut être réalisé par simple commande de la position relative de l'excentrique 44 par rapport à la partie excentrique 42 de l'arbre 21. En fait, on peut réaliser le réglage de manière que l'ex- centricité totale soit maximale par rapport à l'arbre 21, et dans ce cas l'angle a a sa valeur maximale, ou on peut réduire au minimum ou même éliminer complètement l'excen- tricité par rotation de l'excentrique 44 de manière que l'axe correspondant coïncide avec l'axe 36 de l'arbre 21. Entre ces deux conditions extrêmes, l'angle a peut prendre toutes les valeurs qui sont choisies en fonction du trai- a 0404 tement voulu. Enfin, le réglage de la vitesse de vibration du moteur 2 peut être avantageusement obtenu par réglage de la vitesse de rotation de l'arbre 17 du moteur 1 i ou par changement convenable des poulies 14 et 16. L'analyse des caractéristiques du dispositif 1 selon les enseignements de l'invention montrent claire- ment que ce dispositif ne présente pas les inconvénients des dispositifs connus indiqués précédemment En fait, ce dispositif permet tous les réglages voulus d'une ma- nière simple et précise, et sans que l'opérateur ne perde du temps successivement. Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre Par exemple, l'appareil décrit précédemment peut comporter plusieurs dispositifs 1 placés par exemple de manière que le faisceau réfléchi 3 b subisse dans son en- semble des oscillations dans des plans perpendiculaires l'un à l'autre. REVENDICATIONS 1 Appareil à faisceau laser, du type qui comprend au moins un miroir ( 2) destiné à réfléchir vers une région prédéterminée ( 4) un faisceau laser ( 3) créé par une source corespondante, et un dispositif ( 1) destiné à provoquer une oscillation du miroir ( 2) qui détermine, pour chaque faisceau laser incident ( 3 a), une répartition du faisceau réfléchi correspondant ( 3 b) dans un champ angulaire pré- déterminé ( a) dans lequel se trouve la région prédéter- minée ( 4), ledit appareil étant caractérisé en ce que le dispositif ( 1) d'oscillation comprend un support basculant ( 27) auquel le miroir ( 2) est raccordé, un moteur ( 11), et un ensemble de transformation de mouvement ( 20) qui transforme le mouvement de rotation d'un arbre ( 17) du moteur ( 11) en un mouvement oscillant du support basculant ( 27). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de transformation de mouvement ( 20) comporte un système à excentricité réglable, couplé angu- lairement à l'arbre ( 17 Y du moteur ( 11) et une bielle ( 23) qui raccorde le système à excentricité réglable au support basculant ( 27). 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système à excentricité réglable comporte un arbre excentrique ( 42) commandé par le moteur ( 11), et un excentrique tubulaire ( 44) couplé angulairement à l'arbre excentrique ( 42) et dont la position angulaire par rapport à l'arbre excentrique est réglable, la bielle de raccordement ( 23) étant couplée à l'excentrique tubulaire ( 44). 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les excentricités de l'arbre excentrique ( 42) et de l'excentrique tubulaire ( 44) sont égales. Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la bielle de raccordement ( 23) a un oeillet ( 46) couplé à l'excentrique tubulaire ( 44) par un palier ( 45). 6 Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la bielle de raccordement ( 23) a une tige ( 22) dont la longueur est réglable. 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tige ( 22) a deux parties filetées ( 54, 55) couplées l'une à l'autre par un tirant ( 56) qui permet le réglage de la longueur. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 7, caractérisé en ce que la bielle de raccor- dement ( 23) est couplée au support basculant ( 27) par un organe d'articulation ( 34). 9 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il compred un dis- positif de réglage de la vitesse de rotation du moteur ( 11). Huit pages Société dite: CENTRO RICERCHE FIAT S.p A. 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