Brevet FR2619737A1 — publié le 19890303

TETE DE DECOUPAGE PAR LASER La présente invention concerne de manière générale les techniques de découpage par laser et intéresse plus particulièrement une tête de découpage utilisée dans de telles techniques. Les dispositifs pour effectuer le découpage de métaux ou d'autres opérations de découpage utilisant un faisceau laser guidé sont connus dans de nombreux domaines industriels. L'industrie o le découpage au laser est particulièrement adaptée est l'industrie automobile o de nombreuses ouver- tures dans le métal des carrosseries sont réalisées par laser. Le faisceau laser est dirigé vers le lieu de découpage et passe au travers d'une tête de découpage qui se déplace selon un gabarit déterminé adjacent à l'objet à découper. Les dispositifs conventionnels de découpage par laser utilisent des systèmes XY pour déplacer la tête de découpage le long du tracé déterminé dans un plan XY. La tête de découpage est montée sur un axe Z pour effectuer des mouvements d'engagement et de désengagement avec l'objet devant être découpé. Ces dispositifs souffrent d'un inconvénient sérieux dans la mesure o la taille de l'ouverture qui peut être découpée est limitée par la taille du dispo- sitif. Ceci pose un problème particulier dans l'industrie automobile et dans d'autres domaines o il est nécessaire de découper notamment des cercles de petit diamètre, c'est-à-dire inférieurs à 20 mm. Ces dispositifs souffrent également d'un problème de sur-puissance. En raison de l'utilisation du système XY, ou même du système rO, la précision dans les cercles ou les autres figures courbes est difficile à atteindre. Il est connu de l'art antérieur que les cercles peuvent être découpés au moyen de faisceaux laser en utilisant deux miroirs disposés avec un interval- le égal au rayon que l'on veut obtenir. Pendant le découpage, les miroirs sont soumis à une rotation. Le découpage opéré de cette façon pose des problèmes car le plus petit diamètre qui peut être découpé est relativement important et se trouve limité par la distance entre les miroirs. Un des objets de la présente invention est de proposer une tête de 2 2619737 découpage par laser de configuration compacte qui soit particulièrement adaptée au découpage de petits cercles et d'autres petites figures. Il est ainsi proposé, en accord avec la présente invention, une tête de découpage par laser comprenant une entrée pour le faisceau laser, une tête de coupe et un passage articulé pour le faisceau laser entre l'entrée et la tête de coupe, ledit passage comprenant un premier segment rotatif couplé à l'entrée et un second segment rotatif couplé audit premier segment rotatif dans une étroite relation pour recevoir le faisceau laser, ledit second segment ayant son axe de rotation parallèle à l'axe de rotation du premier segment et étant couplé à la tête de coupe. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, I'entrée est couplée à la tête de coupe via quatre miroirs de transmission du faisceau laser. Selon un autre mode de réalisation préféré, la tête de découpage comprend en outre un premier moteur pour commander la rotation du premier segment et un second moteur pour commander la rotation du second segment. Selon encore un autre mode de réalisation préféré, le premier et second moteurs sont commandés par des moyens de traitement programmables pour synchroniser les mouvements de manière à obtenir le modèle de découpage souhaité. Il est également proposé, en accord avec la présente invention, une tête de découpage par laser comprenant une entrée pour le faisceau laser, une tête de coupe et un passage articulé pour le faisceau laser entre l'entrée et la tête de coupe, ledit passage comprenant quatre miroirs de transmission et définissant un premier segment rotatif couplé à l'entrée et un second segment mobile linéairement couplé audit premier segment rotatif dans une étroite relation pour recevoir le faisceau laser, ledit second segment étant couplé à la tête de coupe. L'invention sera mieux comprise et appréciée à la lecture de la descrip- tion détaillée qui suit prise par référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue de côté d'une tête de découpage par laser réalisée et fonctionnant selon un mode de réalisation de la présente inven- tion; la Figure 2 est une vue en coupe frontale de la tête de découpage par laser de la Figure I; et la Figure 3 est une vue schématique d'une tête de découpage par laser réalisée et fonctionnant selon un autre mode de réalisation possible de l'invention. La présente invention se rapporte à une tête de découpage par laser utilisable dans toute opération de découpage par laser o l'exactitude et la 3 2619737 précision du découpage sont requises et o un dispositif présentant un faible encombrement est souhaité. Elle peut être montée et utilisée sur tout robot conventionnel, système XY, dispositif de découpage automatique, etc. Elle est particulièrement utile dans l'industrie automobile bien qu'elle ne soit pas limitée à un tel emploi. Dans tous ces systèmes, le faisceau laser voyage au travers d'un passage tubulaire approprié dans le dispositif d'émission du faisceau laser et au travers de la tête de découpage. La nature mécanique de ces systèmes actuels rend nécessaire la présente invention. La tête de découpage de la présente invention est montrée sur les Figures 1 et 2, respectivement selon des vues en coupes latérale et frontale, et comprend un premier segment rotatif 10 de réception du faisceau laser, un second segment rotatif 20 et une tête de coupe 30. Le premier segment 10 est couplé à un dispositif d'émission 12 du faisceau laser, de tout type. On n'a montré ici que l'extrémité du dispositif d'émission 12, lequel comprend un miroir 14 pour diriger le faisceau laser vers l'entrée du premier segment 10. Un premier moteur 16 est couplé au premier segment 10 pour assurer la rotation de ce dernier dans la direction de la flèche. Le moteur 16 peut comprendre tout régulateur de vitesse approprié, et de préférence comprend un moteur miniature à courant continu avec un cinémomètre et un codeur optique, ledit moteur est couplé au premier segment par une courroie de synchronisation 17 et une roue d'engrenage, au moyen d'engrenages coniques ou de tout autre moyen adéquat. Il est utile de préciser que le moteur 16 entraîne en rotation l'ensemble de la tête de découpage de telle sorte qu'il doit présenter une puissance suffisante à cet effet. Un miroir 18 est disposé dans le segment 10 pour assurer le passage du faisceau laser au second segment 20. Le second segment 20 est muni d'un second moto-réducteur 22 à haut rapport pour assurer sa rotation. Le moteur 22 est constitué de préférence par un moto-réducteur miniature à courant continu et à haut rapport avec un cinémomètre et un codeur optique et est couplé au second segment par une courroie de synchronisation 23 et une roue d'engrenage, au moyen d'engre- nages coniques ou de tout autre moyen adéquat. Il est utile de préciser que le moteur 22 n'entraîne en rotation que le second segment et de ce fait établit le rayon lors du découpage d'un cercle et détermine le tracé lors du découpage de toute autre figure. Le second segment 20 comprend également un miroir de réception 24 disposé pour recevoir le faisceau laser provenant du miroir 18 du premier segment 10, et un miroir de renvoi 26 disposé pour recevoir le faisceau laser en provenance du miroir 24 et pour le transmettre à la tête de coupe 30. La tête de coupe 30 comprend un miroir 32 pour recevoir le faisceau 4 2619737 laser provenant du second segment 20 et pour le transmettre à une lentille de focalisation 33 disposée dans un manchon de la tête 30. La tête de coupe comprend également de préférence des moyens pour ajuster la distance de la tête de coupe par rapport à la surface à découper pendant l'opération de découpage. Un des aspects particuliers de la présente invention réside dans le fait que les performances dynamiques sont grandement améliorées comparativement aux dispositifs de découpage par laser conventionnels. Ainsi, il est possible d'avoir une haute précision de découpage à grande vitesse sans qu'il soit nécessaire de ralentir la vitesse de découpage dans les coins ou lorsque la direction de découpage est changée. La tête de découpage est déplacée à une vitesse tangentielle constante (pour les cercles, la vitesse angulaire étant proportionnelle au diamètre). Cette structure offre à la tête de coupe la plage maximale de mouvement de découpage au moyen d'un dispositif de petite taille et de poids relativement faible. Le fonctionnement de l'appareil est le suivant. Un faisceau laser est fourni au premier segment 10 à partir du dispositif d'émission 12 via le miroir 14. Le faisceau est ensuite transmis par les quatre miroirs 18, 24, 26 et 32 et par la lentille 33 à la tête de coupe qui a été déplacée de manière adjacente à l'objet à découper par tout moyen approprié, tel qu'un robot ou un système XY. Le premier 16 et le second 22 moteurs sont entraînés en rotation de manière que la tête de coupe 30 suive le tracé souhaité qui doit être découpé sur la surface à découper. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier 16 et second 22 moteurs sont associés à des moyens de traitement (non représen- tés) qui sont programmés pour diriger et synchroniser la rotation desdits moteurs de manière à obtenir un mouvement de l'extrémité de la tête de coupe, selon le tracé désiré. Il est intéressant de noter que toute ligne peut être dessinée en utilisant une combinaison des deux degrés de liberté de rotation, de même que tout cercle présentant un diamètre allant de 0 jusqu'au double de la distance entre l'axe longitudinal du premier segment 10 et l'axe longitudinal de la tête de coupe 30, dans l'entière extension montrée à la Figure 2. En se référant maintenant à la Figure 3, on peut voir une tête de découpage par laser réalisée et fonctionnant selon un autre mode de réalisa- tion de l'invention. La réalisation de la Figure 3 comprend un carter 100 enfermant une section rotative 102 et une section mobile linéairement 104. La section rotative 102 adopte la forme d'un L. La section mobile 104 est couplée à la section rotative 102 afin d'assurer son déplacement linéaire. La tête de coupe 120 est montée sur la section mobile linéairement 104. 2 6 92619737 A l'intérieur du carter 100 sont montés quatre- miroirs de transmission du faisceau laser 106, 108, 110 et 112. Le premier miroir 106 est associé au dispositif d'émission du faisceau laser pour recevoir ce dernier et l'envoyer à l'intérieur de la section rotative 102 en forme de L. Un second miroir 108 est monté à l'intérieur de la section rotative 102; ce miroir reçoit le faisceau laser du premier miroir 106 et le transmet au troisième miroir 110. Le troi- sième miroir 110 transmet ensuite le faisceau laser au quatrième miroir 112 qui dirige le faisceau vers la lentille (non représentée) dans la tête de coupe 113. Il est utile de noter que les quatre miroirs doivent être montés avec une grande précision sur un angle de 45 par rapport à l'horizontale pour assurer une transmission correcte du faisceau laser. Un moteur 114 (non représenté) est associé à la section rotative 102. Ce moteur 114 est couplé à cette section rotative 102 par une courroie de syn- chronisation pour générer un mouvement de rotation autour de l'axe 116 dans la direction de la flèche. La section mobile 104 de la tête de découpage est conçue pour se dépla- cer linéairement dans le carter ainsi que cela est indiqué par la flèche à double sens r. Dans le mode de réalisation illustré, la section 104 est conçue pour coulisser le long d'un rail 118 dans le carter. Il va de soi que, pour l'Homme de l'Art, I'invention n'est pas limitée à ce qui a été montré et décrit ci-dessus. 6 2619737 R E V E N D I C A T I O N S 1. Tête de découpage par laser comprenant une entrée (12) pour le faisceau laser, une tête de coupe (30, 120) et un passage articulé pour le faisceau laser entre l'entrée et la tête de coupe, CARACTERISEE EN CE QUE ledit passage comprend un premier segment rotatif (10, 102) couplé à l'entrée et un second segment (20, 104) couplé audit premier segment rotatif dans une étroite relation pour recevoir le faisceau laser, quatre miroirs (18, 24, 26, 32 et 106, 108, 110, 112) disposés dans lesdits premier et second segments de manière à transmettre le faisceau laser de l'entrée à la tête de coupe (30, 120), ladite tête de coupe étant couplée audit second segment (20, 104). 2. Tête de découpage par laser selon la revendication 1, CARACTERI- SEE EN CE QUE ledit second segment (20) est constitué par un segment rotatif couplé audit premier segment rotatif (10) dans une étoite relation pour recevoir le faisceau laser, son axe de rotation étant parallèle à l'axe de rotation du premier segment. 3. Tête de découpage par laser selon la revendication 2, CARACTERI- SEE EN CE QU'elle comprend un premier moteur (16) pour assurer la rotation du premier segment (10) et un second moteur (22) pour assurer la rotation du second segment (20). 4. Tête de découpage par laser selon la revendication 3, CARACTERI- SEE EN CE QUE lesdits prermier (16) et second (22) moteurs sont dirigés par des moyens de traitement programmables afin de synchroniser leur mouvement de manière à obtenir le tracé de découpage recherché. 5. Tête de découpage par laser selon la revendication 1, CARACTERI- SEE EN CE QUE ledit second segment (104) est constitué par une section mobile linéairement couplée à ladite première section rotative (102) dans une étroite relation pour recevoir le faisceau laser. 6. Tête de découpage par laser selon la revendication 5, CARACTERI- SEE EN CE QUE ladite première section rotative (102) adopte la forme d'un L, trois desdits miroirs (106, 108, 110) étant disposés dans ladite section dans une étroite relation pour transmettre le faisceau laser. ROBOMATIX Ltd. Par Procuration Cabinet Morelle & Bardou, SC