Brevet FR2537029A1 — publié le 19840608

La présente invention concerne le traitement de matériaux au moyen de lasers, notamment pour des opérations numériquement contrôlées de découpage et de soudure au laser. L'appareil à laser est maintenant utilisé pour des opérations de coupe et/ou de soudure, en vue de fabriquer de nombreux types de produits artisanaux sur une base répétitive O Pour agir efficacement, le rayon laser doit être contraint à emprunter une trajectoire préétablie, quelle que soit la pièce à traiter Ce résultat peut être obtenu soit en dépla- çant la pièce par rapport à une tête fixe focalisant le rayon laser, soit en faisant l'inverse Toutefois, pour tout autre chose que des pièces plates, la deuxième approche pose de graves problèmes, si la puissance requise est trop élevée pour être fournie par un laser qui puisse aisément être monté sur un bras et déplacé sur la trajectoire requise. Selon la présente invention, on utilise un appareil pour effectuer des opérations de traitement des matériaux, comprenant un robot industriel, incluant un bras dont une extrémité est reliée de manière arti- culée à un organe de support, et dont l'autre extrémité comporte une tête de travail montée de façon articulée contenant des moyens de focalisation d'un rayon laser, dont les axes concernant respectivement le bras du robot industriel et la tête de travail pivotent en restant parallèles, des moyens pour guider le rayon laser montés sur le bras du robot industriel ayant de premiers moyens de déviation optique montés de telle sorte qu'un axe optique coïncide avec l'axe de rotation de la première extrémité du bras du robot industriel, et agencés pour orienter un rayon d'entrée de rayonnement laser émanant d'une source laser fixe, dans une direction parallèle à l'axe longitudinal du bras du robot industriel, vers de seconds moyens de dévia- tion optique montés avec un axe optique coïncidant avec celui autour duquel la tête de travail peut pivoter, et agencés de manière à orienter le rayon laser vers de troisièmes moyens de déviation optique qui font partie de la tête de travail, et ont un axe optique situé dans le même plan que celui des seconds moyens de déviation optique, mais perpendiculaire à lui et agencés de manière à orienter le rayon laser vers l'organe de focalisation du rayon laser, lesdits moyens de déviation optique étant agencés pour per- mettre un mouvement en rotation autour desdits axes optiques sans affecter l'alignement du rayon laser. De préférence, on inclut également un tube additionnel pour guider le rayon, reliant les premiers moyens de déviation optique à la source fixe de laser, ce tube guide additionnel de rayon comprenant une articulation télescopique et des moyens de déviation optique, lequel est lui aussi capable'de permettre un mouvement de rotation autour d'un axe optique-des moyens de déviation optique, sans affecter l'aligne- ment du rayon laser. L'invention va maintenant être décrite au moyen d'un exemple, se référant au dessin annexé, qui est une vue générale d'un appareil à laser selon l'in- vention. En se référant au dessin, l'appareil pour le traitement de matériaux par laser comprend: un dispo- sitif de robot industriel, indiqué de manière générale par la référence 1, qui inclut un bras 2, lequel est monté sur une fourche 3 disposée à l'extrémité d'une colonne 4, qui fait partie d'une unité de support 5 montée sur une base 6. La colonne 4 est montée de façon articulée sur la partie principale 7 de l'unité de support 5, et peut être déplacée dans un plan vertical au moyen d'un organe de commande 8 L'ensemble de l'unité de support 5 est capable de pivoter autour d'un axe vertical, sous, l'action d'un moteur électrique 9 Le bras 2 du dispo- sitif robot 1 est en mesure de pivoter dans la fourche grâce à un vérin 10 L'extrémité libre 11 du bras 2 du dispositif robot 1 comporte une fourche 12, dans laquelle est articulé un organe de tête de travail, indiqué de manière générale par la référence 13. L'organe de tête de travail 13 est amené à se déplacer dans un plan vertical grâce à un groupe moteur, non représenté sur le dessin De premiers moyens de dévia- tion optique 14, qui comprennent deux miroirs, chacun d'eux étant disposé de manière qu'il dévie à angle droit un rayon laser incident, sont montés sur un côté de la fourche 3, de telle sorte que l'axe optique formé par la ligne reliant les centres des miroirs coïncide avec l'axe de rotation du bras 2 du robot 1. Les moyens de déviation optique 14 comprennent un raccord rotatif 15, qui permet de modifier l'orienta- tion des miroirs l'un par rapport à-l'autre, en vue d'ajuster les mouvements du bras 2 et de la colonne 4 du dispositif robot 1, de telle manière que, lorsque l'orientation du bras 2 du dispositif robot 1 par rapport à un dispositif de guidage du rayon laser à l'entrée 17 est modifiée, le rayon laser sortant des moyens de déviation optique 14 continue d'être dirigé axialement dans le tube guide de rayon laser 18, qui relie les moyens de déviation optique 14 à d'autres moyens de déviation optique 19 Ces moyens de dévia- tion optique 19 comprennent deux miroirs, disposés -respectivement de manière à dévier à angle droit un rayon laser incident,montés de telle sorte que l'axe optique formé par la ligne reliant les centres des deux miroirs coïncide avec l'axe de rotation de l'organe de tête de travail 13 dans la fourche 12, à l'extrémité libre 11 du bras 2 du dispositif robot 1 Les moyens de déviation optique 19 comprennent un joint rotatif 20, qui permet de modifier l'orientation de ses deux miroirs pour s'ajuster aux mouvements de la tête de travail 13. Le rayon laser, à sa sortie des deuxièmes moyens de déviation optique 19,est dirigé vers de troisièmes moyens de déviation optique 21, qui font partie de la tête de travail 13 Les moyens de déviation optique 21 comprennent trois miroirs, dont deux sont fixés l'un par rapport à l'autre, et le troisième peut être déplacé par rapport à l'un des miroirs fixes au moyen d'une articulation 22, de la même manière que dans les moyens de déviation optique 14 et 19 L'axe optique des miroirs mobiles des moyens de déviation optique 21 est perpendiculaire à ceux des moyens de déviation optique 14 et 19 L'axe optique des miroirs mobiles des moyens de déviation optique 21 dirige le rayon laser vers une tête de focalisation 23, agencée de manière à diriger le rayon laser jusqu'à un foyer situé sur une pièce à traiter, désignée d'une manière générale par la référence 24. Les moyens de guidage du rayon laser 17 comprennent une articulation télescospique et rotative 26, et des moyens de déviation optique 27, semblable à ceux antérieurement décrits, qui relient les moyens de guidage du rayon laser 17 à un banc optique fixe 28. Le banc optique 28 est relié à une source de laser 29, qui est montée sur un portique 30. La combinaison des moyens de déviation optique 13, 19, 21 et 27, ainsi que-l'articulation télescopi- que et rotative 26 dans les moyens de guidage du rayon laser 17, permettent à la tête de focalisation du rayon laser 23 de s'adapter à tous les mouvements dont est capable le dispositif robot 1, sous l'action d'une armoire de contrôle 31. REVENDICATIONS 1 Appareil à laser pour réaliser des opéra- tions de traitement des matériaux, caractérisé par un robot industriel comprenant un bras, dont une extré- mité est reliée en rotation à un support, et dont l'autre extrémité comporte une tête de travail, montée en rotation, comprenant un organe de focalisa- tion des rayons laser, dont les axes correspondant au bras du robot industriel et à la tête de travail tournent en restant parallèles, des moyens de guidage du rayon laser montés sur le bras d'un robot indus- triel, ayant de premiers moyens de déviation optique montés de telle manière qu'un axe optique coïncide avec l'axe de rotation de la première extrémité du bras du robot industriel et soit disposé de manière à diriger un rayon émanant d'unrayonnement laser, depuis une source de laser fixe, dans une direction parallèle à l'axe longitudinal du robot industriel jusqu'à de seconds moyens de déviation optique, montés de manière à avoir un axe optique coïncidant avec celui autour duquel tourne la tête de travail, et'disposés de manière à diriger le rayon laser vers de troisièmes moyens de déviation optique, qui font partie de la tête de travail et ont un axe optique situé dans le même plan que celui des seconds moyens de déviation optique mais perpendiculaire à lui et disposés de manière à diriger le rayon laser vers l'organe de focalisation du rayon laser, lesdits moyens de dévia- tion optique étant agencés pour permettre un mouve- ment de rotation autour desdits axes optiques sans affecter l'alignement du rayon laser. 2 Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé par un guide additionnel de rayon laser, reliant les premiers moyens de déviation optique au dispositif fixe à laser, et des quatrièmes moyens de t 537029 déviation optique reliant le guide additionnel du rayon au dispositif fixe à laser, agencé 3 de manière à permettre un mouvement rotatif du guide additionnel de rayon autour d'un axe optique des moyens de dévia- tion optique sans affecter l'alignement du rayon laser. 3 Appareil conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le support du'dispositif robot est mobile autour d'un axe parallèle à l'axe de rota- tion du bras, le guide additionnel de rayon laser comportant une articulation télescopique pour s'adap- ter à ce mouvement du support. 4 Appareil conforme à l'une des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que chaque moyen de déviation optique comprend au moins deux surfaces réfléchissantes, chacune de ces surfaces étant dis- posée pour permettre la déviation à angle droit d'un rayon incident de rayonnement laser, la ligne reliant les centres de deux surfaces réfléchissantes d'un même moyen de déviation passant par, ou étant paral- lèle à un axe de rotation du bras du dispositif robot. Appareil conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les surfaces réfléchissantes sont des miroirs. 6 Appareil conforme à chacune des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif fixe à laser comprend une source laser et un banc optique fixe. 7 Appareil conforme à chacune des revendi- cations précédentes, caractérisé par des moyens de contrôle manoeuvrables permettant de contrôler le mouvement du bras du dispositif robot.