Brevet FR2594059A3 — publié le 19870814

FR 2594059 A3 19870814 FR 8601158 A 19860128 La présente invention concerne une machine à vaporiser localement des points, des courbB bes, des surfaces profondeurs diverses jusqu'à découpe complète même d'une plaque de verre ou de matériau proche, par un laser suivant un programme et des données contenus dans un calculateur. On connaît des petites machines de découpe du verre, à partir d'une forme.C1est par exemple un pantographe avec une pointe en diamant associée à un gabaritde la forme à reproduire. e'est aussi, plus moderne plus apte industriellement, des machines à découper à laser. Mais dans le premier cas on se heurte à la vitesse lente de la pointe diamant, l'obligation de récupérer les pièces découpées dans la plaque de verre en cassant les alentouss , provoquant ainsi des éclats générateurs d'accidents, l'obligation de meuler les contours pour supprimer le tranchant et, éventuellement la néséssité de meuler jusqu'à obtenir un chanfrein adéquat avant d'insérer la pièce dans un support comme le verre des lunette dans son support-.monture.Dans le deuxième cas, des lasers de puissance ont permis de découper, de souder certains matériaux, mais jamais encore le verre. L'invention a pour objet une machine pouvant vaporiser localement tout matériau dont le verre jusqu'à la découpe complète même, comportant des moyens de vaporisation locale, des moyens de déplacement, des moyens dtnregistrementet de lecture de programmes assujettis à des moyens d'exécution du programme par les moyens de vaporisation et de dépla- cement. Les moyens de vaporisation locale sont constitués d'un laser de puissance. Son mode de fonctionnement peur être continu ou intermittent, sa puissance est réglable, de même que la pression du gaz amplificateur pour les lasers à gaz. Les moyens de déplacement procurent le mouvement relatif de la tête laser par rapport a la plaque à travailler, pour produire la forme exacte désirée ou de faire passer la tête laser au-dessus des points ou des surfaces programmes. Appelons X, Y le plan de la surface a travailler, Z l'axe perpendiculaire à ce plan et passant par l'axe vertical de la tête laser. Les moyens de déplacement peuvent être de 2 sortes si la plaque est de grande dimension, celle-ci est sur une table. Un portique se déplace parallèlement et au-dessus de la plaque pour donner le mouvement en X. le mouvement en Y est donné par le déplacement de la tète laser le long du porti que. Le laser mobile autour de son axe vertical donne le mouvement en Z. -si la plaque est de petite dimension, celle-ci est fixée sur une table mobile dans son plan: on obtient les mouvements X et Y.Le laser mobile autour de son axe vertical donne le mouvement en Z. Un jeu de miroirs mobiles permet le déplacement de la tète laser sans affecter ni la puissance ni la directivité du faisceau de lumière. Les moyens d'enregistrement et de lecture de programmes assujettis à des moyens d'execution sont constitués d'un calculateur qui peut enregistrer les points, les surfaces ou les courbes et qui après optimisation à la fois du nombre maximun de pièces identiques à loger dans la plaque pour éviter les pertes, de la vitesse de déplacement de la tête laser, des angles d'inclinaison de la tête par rapport à l'axe Z pour obtenir un contour net ou un chanfrein, commande alors, suivant le cas: - les moteurs de déplacement du portique, les moteurs de déplacement de la tête laser sur ce portique, et éventuellement l'inclinaison de la tête laser sur son axe. -ou les moteurs de déplacement de la table en X et Y et éventuellement l'incli naison de la tête laser sur son axe. Tous les paramètres d'un parcours idéal sont mémorisés aussi: pression du gaz amplifica teur, mode d'impulsion, puissance Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de la présente invention, on va en décrire un exemple de réalisation étant bien entendu que ceib lui-ci n'est pas limitatif quant à son mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On se référera aux figures qui représentent 2 dispositifs conformes à l'invention. Le calculateur enregistre les coordonnées des points, des surfaces et des courbes à traiter. La profondeur de vaporisation pour chaque point est calculé en fonction du résultat souhaité: gravure en surface, en plus ou moins grande profondeur ou découpe. La vitesse de déplacement est déterminée. Dans le cas d'une découpe, le lissage des points introduits pour donner une courbe continue est fait. Les paramètres de fonctionnement du laser sont mémorisés. Toutes les conditions sont remplies pour graver ou découper a l'échelle industrielle le verre avec un laser tout en satisfaisant les critères de qualité d'état de surface et fidelite de reproduction avec en même temps la quantité et l'abscenced'eclats de verre, avec en prime la suppression de l'Opération de meulage des surfaces ou des tranches ( chants ) traités. Dès la'ordre d'exécution, - pour les petites plaques, la table à commande numérique se déplace de façon à présenter sous la tête laser tous les points ou lignes à traiter. -pêur les grandes plaques, le portique se déplace en même temps que la tête laser sur ce portique de façon que la conjugaison des 2 mouvements présente tous les points ou lignes à traiter sous la tête laser. L'ensemble d'éléments constituant le laser étant assez encombrant, seul la tête laser peut se déplacer. Un jeu de miroirs mobiles judicieusement places permet à la tête laser de recevoir toujours son faisceau de lumière cohérente issu de l'installation fixe. Le laser de puissance utilise est à gaz, le CO#.L'homogénéité du gaz et la possibilité de pompage par décharge permettent un fonctionnement en continu, une bonne directivité et une très grande pureté spectrale du faisceau.Mais jusqu'ici, les résultats obtenus sur le verre se sont révélés décevants: le verre étant dans un état amorphe, la moindre contrainte brutale , choc mécanique ou thermique, le met tout aussi brutalement dans un autre état. La brusque élévation de température transforme la si lice,(#rincipal constituant du-verre mais dans des proportions très variables suiv les qualités physiques souhait#es), en silice fondue pâteuse qui se ressoude audit avec les molécules voisines. Notre mélange gazeux contient en outre de l'azote et de l'hélium.Le pompage s'effectue toujours par décharge mais excite d'abord les molécules d'azote qui transfèrent leur excitation aux molécules de gaz carbonique. La présence d'hélium augmente encore l'efficacité. La puiss#ance instantannée et le rendement se sont élevés. La pression du mélange joue aussi un rôle important, en même temps que le mode de fonctionnement en continu ou intermittent( dans ce demi cas le temps de décharge peut être différent du temps d'arret). Si la puissance de l'émission laser est suffisante, la matière attaquée localement peut se vaporiser plus ou moins profondément jusqu'à la solution de continuit6. Il est donc possible dissociant l'ensemble des paramètres décrits, de contrôler complètement l'attaque en surface, en creux et jusqu'à coupure complète du verre. De plus , en faisant intervenir le mouvement en Z de la tête laser et en variant l point focal du faisceau, il est possible de donner un chanfrein aux chants coupés ou un arrondi plus ou moins accentué aux bords des surfaces attaquées. La plaque à travailler est poséqsur un bac en cuivre ou en aluminium dont les dîme sions sont inférieures de quelques millimètres à celle de la plaque. Les rebords da bac ont une épaisseur légèment#supérieure à celle de la plaque. Les pièces travail. puis découpées tombent dans le bac et sont récupérées en une seule fois, le restan de la plaque tient toujours sur le dessus du bac et peut être enlevé en une seule fois sans risque d'accident. Pour diminuer le choc thermique et par là, augmenter l'efficacité de motre disposi la plaque de verre est soumise.à un flux d'air chaud. La région.environnante de po d'attaque du laser devant être chauffée davantage. Tous les paramètres enregistrés dans le calculateur rendent le travail entièrement automatique, reproductible sans nouvelle intervention, avec un rendement et une qu. té constantjpermettant une production industrielle. Les paramètres de réglage changent avec chaque type de verre, avec l'épaisseur et le rendement en quantité désiré. PRESSION: de 0,5 à 7 bars PUISSANCeDU LASER: de 50 à 1500 W VITESSE DE DEPLACEMENT: de 0,5 à 4mètres par minute En mode intermittent: phase de décharge et d'arrêt de 0,5 à 500 milliseconde AIR CHAUD: de 100 à 300 degrés Notre dispositif permet de graver par vaporisation du matériau plus ou moins profo dément d'une manière contrôlée et de découper par vaporisation totale du sillon attaqué. Avec les verres orsaniaues. de même cualités nhvsioues eue le verre optique normal mais de constitution chimique différente. à puissance écale du laser, la vitesse de déplacement Deut être doublée. Les réolaaes des différents naranètres de fonctionnement résultent d'un compromis dépendant de la qulité de finition et du rendement désirés. Rie. entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. RE##NDICATIONS 1. Dispositif comnortant des moyens de vaporisation locale de matériaux comme le verre par une émission laser, des moyens de déplacement relatif de la tête laser par rapport à la plaque du matériau traité, des moyens d'enreaistrement et de lecture et de calcul, assuiettis à des moyens d'exécution du programme enregistré Dar les movens de vaporisation locale et de déplacement. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vaporisation locale du matériau Peut être totale iusqu'à obtenir une solution de continuité de ma tière à l'endroit du point, de la surface , de la courbe attaqués. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que les point: les surfaces et les courbes sont mémorisés dans le calculateur pour être travaillés à toute échelle, en creux ou en relief par inversion 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que pendant le même travail, le laser de puissance s'adapte au ré sultat désiré en chaque point par modification de la puissance, de la pression du gaz amplificateur, du mode continu ou intermittent avec le cyle de décharge et d'arrêt correspondant, de la vitesse de déplacement relatif de la tête laser grâce au programme enregistré. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications precedentesscaracterise par le fait que le gaz amplificateur est mélangé avec de l'azote et de l'hélium. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le matériau à traiter est soumis à un flux de chaleur avant d'être travaillé. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que la plaque à traiter est posée sur un support formant bac pour qu'après traitement, toutes les pièces découpées soient récupérées en une seule fois, de même que pour le restant du matériau non traite. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait les points, les surfaces et les courbes à traiter de la plaque sont atteints par la tête laser au moyen du déplacement relatif de la tête laser par rapport à la plaque obten#oit par une table à commande numérique soit par translation d'un portique conjuguée avec une translation-de la tête laser sur ce même portique situé au-dessus du plateau sur lequel repose la plaque. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le point focal est ajustable et que la tête 1 /eut tourner autour de son axe vertical