Brevet FR2576816A1 — publié le 19860808

ROBOT D'USINAGE PAR FAISCEAU LASER La présente invention se rapporte, d'une ma- nière générale, à un robot utilisant un faisceau laser pour l'usinage et, en particulier, à un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à arti- culations multiples. Un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à articulations multiples est bien connu dans la technique. Dans un robot représentatif de l'art antérieur, le système de bras à articulations multiples comprend une base, qui est montée de façon tournante sur le corps principal du robot, et une buse à laser montée à l'extrémité libre du système de bras à articulations multiples pour émettre un faisceau laser, guidé le long du système de bras à articulations multi- ples, d'une source laser vers une pièce à usiner. La buse à laser peut être orientée dans toute direction désirée et, par suite, le faisceau laser émis par la buse peut être orienté dans toute direction désirée. Toutefois, dans le robot d'usinage à laser suivant l'art antérieur, on utilise un système optique compliqué pour guider le faisceau laser émis par une source de faisceau laser jusqu'à la buse de laser, le long de l'ensemble de bras à articulations multiples. Par suite, le robot d'usinage à laser suivant l'art antérieur comportant un système de bras à articulations multiples est relativement coûteux, il a une plage de travail limitée et sa réparation et son entretien sont difficiles. Il existe donc un besoin pour un robot per- fectionné d'usinage à faisceau laser comportant un bras à articulations multiples. La présente invention a pour objet d'éviter les inconvénients de l'art antérieur, décrits ci-dessus, et de procurer un robot d'usinage à faisceau laser per- fectionné comportant un système de bras à articulations multiples. L'invention a également pour objet un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à articulations multiples, de structure simple, facile et donc peu coûteux à fabriquer. L'invention a encore pour objet un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à articulations multiples et permettant une grande plage de travail ainsi qu'un fonctionnement sûr. L'invention vise aussi un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à articula- tions multiples, facile à réparer et à entretenir. Suivant la présente invention, on obtient un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système ou ensemble de bras à articulations multiples, qui a une structure telle que le corps principal du robot est mobi- - le le long d'une ligne droite prédéterminée, dans un sens et dans l'autre. Le système de bras à articulations mul- tiples comprend une première articulation qui a un pre- mier axe de rotation autour duquel l'ensemble du système de bras à articulations multiples peut tourner d'un angle prédéterminé, et la première articulation est prévue avec un premier trou traversant le long du premier axe de ro- tation. Le premier axe de rotation de la première arti- culation est parallèle à la ligne droite prédéterminée et un faisceau laser émis par une source de faisceau laser traverse le premier trou traversant, en ligne avec le premier axe de rotation. Le système de bras à articula- tions multiples comporte également des premiers moyens de réflexion pour réfléchir le faisceau laser, venant du pre- mier trou traversant, dans un chemin optique défini le long de l'ensembole de bras à articulations multiples et aboutissant à une buse, prévue à l'extrémité avant de l'ensemble de bras à articulations mul- tiples, par laquelle le faisceau laser est émis dans une direction désirée. Avec une telle structure, on peut facilement guider le faisceau laser, émis par une source de faisceau laser, suivant le chemin optique défini le long du systè- me de bras à articulations multiples, sans avoir besoin d'un système optique compliqué. Ainsi, le présent robot est de structure beaucoup plus simple que les dispositifs suivant l'art antérieur. En outre, puisqu'une telle struc- ture permet également au robot de se déplacer le long de la ligne droite prédéterminée, indéfiniment en théorie, la plage de travail du robot est sensiblement augmentée. Suivant une forme de réalisation de la présen- te invention, on obtient un appareil d'usinage-à faisceau laser comportant un système de bras à articulations multi- ples qui comprend une pluralité de bras, une pluralité d'articulations reliant fonctionnellement les bras, et un système optique pour définir un chemin optique de gui- dage de faisceau laser, émis par une source de faisceau laser, le long de l'ensemble de bras à articulations mul- tiples, jiusqu'à une buse montée à son extrémité avant. Au moins l'une des articulations accouple deux bras de sorte que l'un des bras peut tourner par rapport à l'au- tre et cette articulation comporte un trou traversant le long de son axe de rotation. Le système optique com- prend une paire de miroirs réfléchissants qui sont dis- posés de part et d'autre du système de bras à articula- tions multiples, de manière à définir une partie du chemin optique par l'axe de rotation de l'articulation entre les deux miroirs réfléchissants. De cette manière, les éléments optiques sont disposés de part et d'autre du système de bras à articulations multiples, de sorte que chacun des éléments optiques est facilement acces- sible, ce qui permet une réparation et un entretien faciles. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront aux hommes de l'art à la lumière de la description de ses modes de réalisation, non limitatifs, représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de face schématique d'un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à articulations multiples, construit conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue de côté schématique du robot de la figure 1; - la figure 3 est une vue de face schématique d'un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à articulations multiples, construit conformément a un autre mode de réalisation de la présente invention; et - la figure 4 est une vue de côté schématique du robot de la figure 3. On se reporte maintenant aux figures 1 et 2 qui illustrent schématiquement un appareil d'usinage à faisceau laser, ou robot, comportant un système de bras à articulations multiples. Le robot comprend un corps principal 1 qu'on peut déplacer en va-et-vient le long d'une ligne droite prédéterminée 2, par exemple le long d'un rail. Un système de bras à articulations multiples 3 est monté sur le corps principal 1 du robot, par sa Base 4 -qui est fixée au corps 1. Le système- 3 de bras à articulations multiples comprend un premier bras 5 rectiligne et une première articulation 7 qui est prévue entre la base 4 et le premier bras 5, de sorte que ce dernier peut tourner autour de la première articulation 7 par rapport à la base 4 qui est fixée au corps principal 1 du robot. La première articulation 7 présente ainsi un pre- mier axe de rotation autour duquel tourne le premier bras 5 et ce premier axe de rotation est parallèle à la ligne droite prédéterminée 2 le long de laquelle le corps princi- pal 1 du robot se déplace en va-et-vient. La première articula- tion 7 comporte un premier trou traversant 13 qui traverse la première articulation 7 d'un côté à l'autre, suivant le premier axe de rotation, et elle est structurée de sorte qu'un faisceau laser L, émis par une source de faisceau laser (non représentée), traverse le premier passage 13 en alignement avec le premier axe de rotation, d'un côté à 1 'autre du système 3 de bras à articulations multiples, ou de droite à gauche dans le dispositif représenté sur la figure 1. Le système 3 de bras à articulations multiples comprend un premier miroir réfléchissant 12 au voisinage de la première articulation 7, de sorte que ce miroir réfléchit le faisceau laser L traversant le premier pas- sage 13 de la première articulation 7, à angle doit dans une direction parallèle à la direction longitudinale du premier bras 5. Il faut noter que le premier miroir réfléchissant 12 est monté de façon fixe sur la première articulation 7, en alignement avec le premier axe de ro- tation de la première articulation 7, du côté gauche (comme représenté sur la figure 1) du système 3 de bras à articulations multiples, de sorte que le premier miroir réfléchissant 12 tourne en même temps que le premier bras lorsque celui-ci tourne par rapport à la base 4 autour du premier axe de rotation. Ainsi, le faisceau laser qui passe dans le premier tri-ou traversant 13 frappe toujours le premier miroir réfléchissant 12 et est réfléchi dans une direction parallèle à la direction longitudinale du premier bras 5 même si le premier bras 5 tourne autour du premier axe de rotation. Une deuxième articulation 8 est prévue à une extrémité opposée du premier bras 5 et elle permet à un deuxième bras 6, également rectiligne, de tourner par rapport au premier bras 5. Ainsi, le deuxième bras 6 présente également un deuxième axe de rotation autour duquel le deuxième bras 6 peut pivoter ou tourner par rapport au premier bras 5. Il faut noter que la deuxième articulation 8 comporte également un deuxième trou tra- versant 14 qui s'étend parallèlement au premier trou traversant 13, d'un côté à l'autre du système 3 de bras à articulations multiples, en alignement avec le deuxième axe de rotation de la deuxième articulation 8. Le système 3 de bras à articulations multiples comporte également un deuxième miroir réfléchissant 15 qui est monté de fa- çon fixe sur la deuxième articulation 8 sur le côté du premier bras 5, en alignement avec le deuxième axe de rotation de la deuxième articulation 8. Ainsi, la rela- tion de position entre le premier bras 5 et le deuxième miroir réfléchissant 15 est fixe. Par suite, le faisceau laser L réfléchi par le premier miroir réfléchissant 12 frappe maintenant le deuxième miroir réfléchissant 15 qui réfléchit alors le faisceau laser L à angle droit, pour qu'il passe dans le deuxième trou traversant 14 en alignement avec le deuxième axe de rotation. Le système 3 de bras à articulations multiples comporte également un troisième miroir réfléchissant 16 qui est monté sur la deuxième articulation 8, du côté droit sur la figure 1 et donc à l'opposé du côté o se trouve le deuxième miroir réfléchissant 15. Ce troisième miroir réfléchissant 16 est également disposé en aligne- ment avec le deuxième axe de rotation de la deuxième articulation 8 pour réfléchir le faisceau laser L, qui passe dans le deuxième trou traversant 14, à angle droit dans une direction parallèle à une direction longitudi- nale du deuxième bras 6. Ainsi, le troisième miroir ré- fléchissant 16 est monté sur la deuxième articulation 8 de manière à tourner avec le deuxième bras 6 et, par suite, le faisceau laser 1 réfléchi par le troisième miroir ré- fléchissant 16 est toujours dirigé dans une direction pa- rallèle à la direction longitudinale du deuxième bras 6 même si celui-ci tourne par rapport au premier bras 5. Comme décrit ci-dessus, l'extrémité intérieure du deuxième bras 6 est reliée à la deuxième articulation 8 et une troisième articulation 9 est prévue à l'extrémité extérieure du deuxième bras 6. Le deuxième système de bras 3 a articulations multiples comporte également un quatriè- me et un cinquième miroirs réfléchissants 17 et 18, montés sur la troisième articulation 9. Il faut noter que ces miroirs réfléchissants 17 et 18 sont montés sur la troi- sième articulation 9 du même coté, c'est-à-dire du côté droit de l'ensemble 3 dans le mode de réalisation illustré. Le quatrième miroir réfléchissant 17 est monté de sorte qu'il conserve une relation de position fixe avec le deu- xieme bras 6 et, par suite, le faisceau laser L venant du troisième miroir réfléchissant 16 est réfléchi.à angle droit dans une troisième direction de rotation qui est parallèle aux premier et deuxième axes de rotation et donc à la ligne droite prédéterminée 2. D'autre part, le cinquième miroir réfléchissant 18 est monté sur la troi- sième articulation 9 en alignement avec le troisième axe de rotation, de sorte qu'il tourne par rapport au deu- xième bras. Par suite, le faisceau laser venant du qua- trième miroir réfléchissant 17 le long du troisième axe de rotation est toujours réfléchi à angle droit dans une direction désirée comme expliquée ci-après. Le système 3 de bras à articulations multiples comprend en outre une quatrième articulation 10, connectée à la troisième articulation 9 de sorte que la quatrième articulation 10 peut tourner sur 360 autour d'une ligne verticale normale au troisième axe de rotation défini entre les quatrième et cinquième miroirs réfléchissants 17 et 18. Ainsi, la direction du faisceau laser réfléchi par le cinquième miroir réfléchissant 18 définit cette ligne normale. Un sixième miroir réfléchissant 19 est monté de façon fixe sur la quatrième articulation 10 en alignement avec cette ligne normale, de manière à réflé- chir le faisceau laser venant du cinquième miroir rèflé- chissaht 18 de la troisième articulation 9 toujours à angle droit. La quatrième articulation 10 porte également une buse il qui peut tourner, en même temps que le sixiè- me miroir réfléchissant 19, autour de la ligne normale définie par la direction de réflexion du cinquième miroir réfléchissant 18, sur 360 . Bien que cela ne soit pas re- présenté spécifiquement, il est entendu que la buse 11il comporte un élément optique, tel qu'une lentille conver* gente, pour concentrer le faisceau laser L. On voit donc qu'un chemin optique variable est défini le long du sys- tème 3 de bras à articulations multiples par les miroirs réfléchissants 12, 15, 16, 17, 18 et 19 et le chemin optique s'étend à travers le dispositif 3 et comprend des parties situées de part et d'autre du dispositif 3. Avec cette structure, le faisceau laser L émis par une source de faisceau laser (non représentée) est d'abord guidé de manière à suivre le premier axe de rota- tion, par des moyens appropriés (non représentés), à travers le premier trou traversant 13 de la première articulation 7. Ensuite, le faisceau laser L est guidé de manière à progresser le long du chemin optique défini dans le dispositif 3, le faisceau étant réfléchi par les divers miroirs 12, 15, 16, 17, 18 et 19, et le faisceau laser sort finalement à la buse 11 vers une pièce à usi- ner (non représentée). Il est donc clair que, avec une telle structure, il n'est pas nécessaire de prévoir un système optique compliqué dans le dispositif 3 de bras à articulations multiples, pour guider le faisceau laser à un endroit désiré, et l'ensemble de l'appareil est donc de structure très simple. En outre, le premier trou traversant 13, qui définit en fait une entrée du chemin optique- du dispositif 3 pour le faisceau laser L, est pa- rallèle à la ligne droite prédétermine 2 le long de la- quelle le corps principal 1 du robot est déplacé en va- et-vient, de sorte que le dispositif 3 peut être déplacé dans une grande plage, sans limitations. Il faut égale- ment noter que, dans le mode de réalisation illustré, les miroirs 15 et 16 sont placés de part et d'autre du dispo- sitif 3, de sorte qu'une opération de réparation ou d'en- tretien pour ces miroirs 15 et 16 est très simplifiée. En variante, le chemin optique peut être défini en partie ou en totalité à l'intérieur des bras 5 et 6, si on le désire. On se reporte maintenant aux figures 3 et 4 qui représentent un robot d'usinage à faisceau laser comportant un système de bras à articulations multiples construit conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention. Puisque ce dispositif est sembla- ble en de nombreux points au dispositif précédent repré- senté sur les figures 1 et 2, les éléments semblables sont désignés par les mêmes repères. La seule différence entre ces deux modes de réalisation réside dans la dis- position du cinquième miroir réfléchissant 18. Plus pré- cisément, dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, le cinquième miroir réfléchissant 18, est placé du côté opposé au côté o se trouve le quatrième miroir réfléchissant 17, par rapport à l'ensemble 3. Ainsi, bien que cela ne soit pas représenté spécifique- ment,la troisième articulation 9 montée à l'extrémité libre du deuxiè- me bras 6 doit comporter un troisième trou traversant qui s'étend à travers la troisième articulation 9, d'un côté à l'autre du dispositif 3, de manière à permettre au faisceau laser, réfléchi par le quatrième miroir réfléchissant 17 à angle droit, d'atteindre le cinquième miroir réfléchissant 18 qui est 2.5768 16 1.0 situé du côté opposé du dispositif 3, dans le présent mode de réalisation. Ce troisième trou traversant doit bien entendu contenir le troisième axe de rotation qui est défini comme une partie du chemin optique entre les quatrième et cinquième miroirs réfléchissants 17 et 18. Puisque le cinquième miroir réfléchissant 18 est prévu du côté opposé au côté o se trouve le qua- trième miroir réfléchissant 17, par rapport au dispositif 3, la quatrième articulation 10, qui est reliée à la troisième articulation 9, est également prévue du même côté o se trouve le cinquième miroir réfléchissant 18, c'est-à-dire du côté gauche sur la figure 3. Ainsi, le sixième miroir réfléchissant 19 monté sur la quatrième articulation 10 est disposé de manière à recevoir le faisceau laser réfléchi par le cinquième miroir réflé- chissant 18 et à réfléchir le faisceau vers l'extrémité de sortie de la buse 11 afin d'émettre ce faisceau dans une direction désirée définie par l'orientation de la buse 11. Il est donc entendu que, dans le mode de réali- sation des figures 3 et 4, non seulement les miroirs 15 et 16 de la deuxième articulation 8 mais également les miroirs 17 et 18 de la troisième articulation 9 sont placés de part et d'autre du dispositif 3, de sorte que la réparation et l'entretien du système optique de ce mode de réalisation sont très facilités. Bien qu'on ait décrit ci-dessus en détail les modes préférés de réalisation de la présente invention, il est entendu que diverses modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de la présente invention et que la description et l'illustration ci-dessus ne sont pas limitatives de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil d'usinage à faisceau laser, com- prenant un corps principal (1) qui peut être déplacé en va-et-vient le long d'une première ligne droite (2) et un dispositif de bras à articulations multiples compor- tant une base (4) montée de façon fixe sur le corps principal, caractérisé en ce que ce dispositif comprend un premier bras (5) relié de façon tournante à ladite base par une première articulation (7) de manière à pouvoir tourner autour d'un premier axe de rotation; un deuxième bras (6) qui est relié de façon tournante au premier bras par une deuxième articulation (8) de manié- re à pouvoir tourner autour d'un deuxième axe de rotation; une buse de sortie (11); et un système optique de guidage d'un faisceau laser, émis suivant le premier axe de ro- tation qui est parallèle à ladite première ligne droite, d'une source de faisceau laser à ladite buse pour être dirigé de cette buse vers un objet désiré, la première articulation comportant un premier trou traversant (13) qui va d'un côté a l'autre suivant le premier axe de -rotation, ce qui permet au faisceau laser émis par la source d'être guidé dans le système optique par passage à travers ce premier trou traversant. 2. Appareil suivant la revendication 1, ca- ractérisé en ce que le système optique comprend un pre- mier miroir réfléchissant (12) monté sur la première articulation (7) en alignement avec le premier axe de rotation pour réfléchir à angle droit le faisceau laser qui passe par -le premier trou traversant (13), le premier miroir réfléchissant pouvant tourner en même temps que le pre- mier bras (5). 3. Appareil suivant la revendication 2, ca- ractérisé en ce que le premier bras est rectiligne et le premier miroir réfléchissant réfléchit le faisceau laser dans une direction parallèl.e à la direction longi- tudinale du premier bras-rectiligne. 4. Appareil suivant la revendication 3, ca- ractérisé en ce que le système optique comprend un deu- xième (15) et un troisième (16) miroirs réfléchissants montés de part et d'autre de la deuxième articulation (8) qui comporte un deuxième trou traversant (14) s'étendant d'un côté à l'autre parallèlement au premier trou traversant (13), le deuXième miroir étant en position fixe par rapport au premier bras (5) et le troisième miroir pouvant tourner avec le deuxième bras (6) de sorte que le deuxième miroir réfléchit le faisceau laser venant du premier miroir vers le troisième miroir qui réfléchit éga- lement le faisceau laser à angle droit, de sorte que le chemin optique entre les deuxième et troisièmes miroirs défi- nit le deuxième axe de rotation. 5. Appareil suivant la revendication 4, ca- ractérisé en ce que le dispositif de bras à articulations multiples comprend en outre une troisième articulation (9) prévue à une extrémité libre du deuxième bras (6) et le système optique comprend en outre un quatrième (17) et un cinquième (18) miroirs réfléchissants, pour guider le faisceau laser du troisième miroir (16) vers la buse (11). 6. Appareil suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que les quatrième (17) et cinquième (18) miroirs sont montés sur la troisième articulation (9) du même côté par rapport au dispositif (3). 7. Appareil suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que la troisième articulation (9) compor- te un troisième trou traversant qui s'étend d'un côté à l'autre le long d'un troisième axe de rotation parallèle aux premier et deuxième axes de rotation, de sorte que les quatrième (17) et cinquième (18) miroirs sont situés de part et d'autre du dispositif (3) pour guider le faisceau laser du quatrième miroir à la buse à travers le troisième trou traversant. 8. Appareil suivant la revendication 7, Ca- ractérisé en ce que le dispositif de bras à articula- tions multiples comprend en outre une quatrième articu- lation (10) reliée à la troisième articulation, et le système optique comprend en outre un sixième miroir ré- fléchissant (19) monté sur la quatrième articulation pour diriger le faisceau laser du cinquième miroir vers une sortie de la buse qui est montée sur la quatrième articulation qui peut tourner sur 360 par rapport à la troisième articulation.