Brevet FR2645972A1 — publié le 19901019

La présente invention concerne un système de sécurité capable de détecter une défaillance survenant dans un câble à fibre optique et plus particulièrement un système pour détecte les fuites d'énergie dans une fibre optique transmet- tant un faisceau laser de haute puissance. On a utilisé des fibres optiques dans des applications industrielles comme moyen simple pour guider un faisceau laser entre une source laser et un poste de travail dans lequel une pièce doit être percée, découpée, ou subir quelque autre opération d'usinage. Cependant, l'utilisation des fibres optiques pour la transmission d'une énergie laser de haute puissance dans l'environnement d'un atelier de fabrica- tion nécessite un système de sécurité de manière à inter- rompre rapidement le fonctionnement laser dans le cadre d'une défaillance catastrophique de la fibre et par conséquent dans le but d'éviter que la fuite laser de haute énergie ne blesse le personnel ou n'endommage le matériel du voisinage. Les systèmes classiques de sécurité qui surveillent directement l'énergie laser émise par le côté sortie de la fibre souffrent des inconvénients suivants: une certaine place peut ne pas être disponible au côté sortie de la fibre pour la mise en place de l'appareil de détection, l'appareil de détection peut réduire la puissance délivrée pour le fonctionnement laser, ou l'appareil placé dans le trajet d'un faisceau laser de haute puissance peut être susceptible -2- d'être endommagé par le faisceau. De plus, un tel système ne sera pas à même de faire une différentiation entre une défaillance d'une fibre et celle d'un autre composant lors du fonctionnement laser, par exemple de la source laser. La présente invention a pour objet principal un dispositif perfectionné pour détecter les fuites d'énergie laser dans une fibre optique transmettant un faisceau laser de haute puissance. La présente invention a pour autre objet un dispositif relativement simple et peu coûteux pour interrompre le fonctionnement d'un laser de haute puissance utilisant une fibre optique pour transmettre l'énergie laser en cas de défaillance de la fibre optique. Selon la présente invention, on prévoit un dispositif perfectionné pour détecter les fuites d'énergie laser dans une fibre optique transmettant une puissance laser. Le dispositif comprend une seconde fibre optique, un tube de chemisage, ou conduit, dans lequel les deux fibres optiques sont placées, et un moyen pour détecter une défaillance de la seconde fibre. En cas de défaillance de la fibre transmettant la puissance laser, la seconde fibre optique sera endommagée par l'énergie laser qui s'échappe. La fuite d'énergie en provenance de la fibre transmettant la puissance laser peut donc être détectée par la propre détection d'une défaillance se produisant dans la seconde fibre optique. Le dispositif peut comprendre en outre un moyen répondant au moyen de détection pour cesser la fourniture de l'énergie laser à la fibre optique transmettant la puissance laser. La suite de la description se réfère à la figure annexée qui est: Une représentation simplifiée d'un système à fibres optiques selon la présente invention. La figure représente un mode de réalisation préféré du système de la présente invention qui permet la détection des fuites d'énergie laser dans une fibre optique transmettant un - 3- faisceau laser de haute puissance. Dans la figure, la référence 10 désigne une source laser de haute puissance, par exemple un laser YAG (yttrium- aluminium-grenat) de 400 watts. Un faisceau laser 12, émis par la source 10, est focalisé par une lentille 14 sur l'extrémité incidente d'une fibre optique 16 et transmis par la fibre jusqu'à un poste de travail dans lequel doit être exécutée une opération laser, par exemple une opération de découpe ou de soudage. Le poste de travail reçoit le faisceau laser par l'intermédiaire d'un coupleur 18 de fibres optiques monté à l'extrémité émergente de la fibre 16. Le système de sécurité comprend une source lumineuse , par exemple un laser HeNe de faible puissance, pour produire un faisceau lumineux 22, une lentille 24 pour focaliser le faisceau lumineux sur l'extrémité incidente d'une fibre optique 26 d'un détecteur de sécurité, et une photodiode 28 placée à l'extrémité de sortie de-la fibre 26. La fibre 16 transmettant la puissance laser, qu'on désigne ci-après par première fibre optique, et la fibre optique 26 du détecteur de sécurité, qu'on désigne ci-après par seconde fibre optique, sont enfermées ensemble sur la quasi-totalité de leur longueur dans un tube de chemisage 30 agissant en élément de protection. Les deux fibres et le tube 30 sont en outre enfermés dans un conduit 32 en métal flexible. Les deux fibres sont maintenues très près l'une de l'autre à l'excep- tion des endroits proches de leurs extrémités, o il est nécessaire qu'elles soient séparées pour permettre leur connexion aux sources lumineuses 10 et 20, au coupleur de sortie 18 et à la photodiode 28. Pendant le fonctionnement du laser 10, et alors que le faisceau laser 12 est transmis par la première fibre 16, la source lumineuse 20 fournit un signal de "sécurité", sous forme d'un faisceau lumineux 22, à la photodiode 28 par l'intermédiaire de la seconde fibre 26. L'énergie lumineuse tombant sur la surface de la photodiode est ensuite transfor- -4- mée en signal électrique appliqué à une ligne 34. En cas de rupture ou autre défaillance de la première fibre 16 à n'importe quel endroit du tube de chemisage 30, la fuite laser de haute énergie endommagera la seconde fibre 26, réduisant ou éliminant la réception du faisceau lumineux 22 par la photodiode 28. Bien que la seconde fibre 22 serait détruite presque immédiatement, l'énergie laser s'enfuyant n'aurait pas une densité énergétique suffisante pour endom- mager à court terme les parois du conduit. La destruction de la seconde fibre 26 et la réduction ou la perte de l'énergie lumineuse en résultant, énergie qui est délivrée à la photodiode 28, ont pour effet de diminuer l'amplitude du signal électrique appliqué à la ligne 34. La ligne 34 peut être reliée électriquement à un dispositif de verrouillage ou à un relais (non représentés) dont le fonctionnement provoque la coupure de l'alimentation du laser à haute puissance lorsque le signal électrique présent sur la ligne 34 tombe au-dessous d'une valeur prédéterminée, ce qui a pour effet d'empêcher que l'énergie laser provenant de la fibre optique défaillante ne provoque des blessures au personnel ou n'endommage le matériel voisin. Comme variante à un dispositif de verrouillage ou à un relais, on peut monter un obturateur (non représenté) entre la source laser et l'extrémité d'entrée de la première fibre 16, dont la fermeture empêche que l'énergie laser ne soit injectée dans la première fibre 16 lors de la perte du signal provenant de la photodiode 28. Les avantages qu'offre la présente invention apparais- sent facilement. Le système décrit ci-dessus a une construc- tion simple et on peut'se procurer facilement et à bon marché ses composants. D'après le mémoire précédent, le technicien remarquera que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation spécifique venant d'être décrit et illustré et que des modifications et changements peuvent lui être - 5 - apportés sans sortir du domaine de l'invention. Par exemple, la description de la présente invention fait appel à un laser HeNe pour produire un signal de sécurité. Cependant, on peut utiliser n'importe quelle source de lumière visible ou de lumière non visible pour fournir le signal de sécurité. On peut employer le système pour détecter les fuites de fibres optiques transmettant une puissance laser, l'acheminement se faisant par des faisceaux autres que les faisceaux laser YAG, par exemple par des faisceaux laser à CO2. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on peut prévoir un moyen de réflexion à une extrémité de la fibre transmettant le signal de sécurité, ce qui permet de placer la source lumineuse pour le signal de sécurité et la diode sensible à la lumière à la même extrémité de la fibre. De plus, il n'est pas nécessaire que les fibres optiques soient placées dans un tube de chemisage et un conduit. On pourrait utiliser un tube d'une construction appropriée pour assurer la sécurité et le fonctionnement. - 6 - REVENDICATION 1. Dispositif pour détecter une défaillance dans une fibre optique (16) transmettant une puissance laser, carac- térisé en ce qu'il comprend: une fibre optique (26) pour détecteur de sécurité; un tube de chemisage (30), la fibre transmettant la puissance laser et la fibre du détecteur de sécurité étant contenues à l'intérieur du tube; d'o il résulte qu'une fuite d'énergie laser en provenance de la fibre transmettant la puissance laser à l'intérieur du tube provoquera une défaillance de la fibre du détecteur de sécurité; et un moyen pour détecter une défaillance de la fibre du détecteur de sécurité, représentative d'une défaillance de la fibre transmettant la puissance laser. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: la fibre optique (26) du détecteur de sécurité présente une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie; et le moyen pour détecter la défaillance de lafibre du détecteur de sécurité comprend une source lumineuse (20) couplée optiquement à l'extrémité d'entrée de la fibre du détecteur pour fournir un signal de sécurité qui sera acheminé par la fibre du détecteur, et une diode photosensi- ble (28) couplée optiquement de manière à recevoir le signal de sécurité provenant de l'extrémité de sortie de la fibre du détecteur de sécurité. 3. Moyen de détection d'un défaut dans un système d'usinage par laser comportant une source de puissance laser (10) couplée optiquement à une extrémité d'une fibre optique (16) pour fournir un faisceau laser devant être acheminé par ladite fibre, caractérisé en ce qu'il comprend: une source lumineuse (20) pour produire un signal de sécurité; une fibre optique (26) ayant une extrémité d'entrée et -7- une extrémité de sortie, l'extrémité d'entrée étant reliée optiquement à la source lumineuse; un tube de chemisage (30), la fibre (16) transmettant la puissance laser et la fibre (26) transmettant le signal de sécurité étant contenues dans le tube; d'o il résulte qu'une fuite d'énergie laser provenant de la fibre transmet- tant la puissance laser à l'intérieur du tube provoquera une défaillance de la fibre transmettant le signal de sécurité, d'o l'inhibition de la transmission du signal de sécurité et un moyen (28) connecté optiquement de manière à recevoir le signal de sécurité provenant de l'extrémité d'entrée de la fibre transmettant le signal de sécurité et à produire un signal indiquant une défaillance de la fibre transmettant le signal de sécurité. 4. Moyen selon la revendication 3, caractérisé en ce que la source lumineuse (20) est un laser à HeNe. 5. Moyen selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen répondant au moyen de réception du signal de sécurité pour cesser la fourniture du faisceau laser à la fibre (16) transmettant la puissance laser lors de la défaillance de 'la fibre (26) acheminant le signal de sécurité. 6. Moyen selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moyen pour cesser la fourniture du faisceau de la puissance laser comprend un relais pour mettre hors service la source de puissance laser, en cas de défaillance de la fibre transmettant le signal de sécurité. 7. Moyen selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen pour cesser la fourniture de la puissance laser comprend un obturateur afin d'éviter que le faisceau laser ne soit fourni à la première fibre (16) lors de la défaillance de la fibre (26) transmettant le signal de sécurité. 8. Dispositif pour transmettre de l'énergie laser, caractérisé en ce qu'il comprend - 8 une première fibre optique (16) pour transmettre un faisceau de puissance laser; une seconde fibre optique (26) pour transmettre un signal de sécurité; un tube de chemisage (30), les première et seconde fibres optiques étant contenues dans le tube; d'o il résulte qu'une fuite d'énergie laser en provenance de la première fibre à l'intérieur du tube provoquera une défail- lance de la seconde fibre; un moyen pour détecter la défaillance de la seconde fibre; et un moyen pour interrompre la transmission du faisceau laser de puissance lors de la défaillance de la seconde fibre. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la seconde fibre optique (26) comprend une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, et le moyen pour détecter la défaillance de cette seconde fibre comporte une source lumineuse (20) couplée optiquement à l'extrémité d'entrée de la seconde fibre pour fournir un signal de sécurité devant être acheminé par cette seconde fibre, et une diode photosensible (28) couplée optiquement de manière à recevoir le signal de sécurité provenant de l'extrémité de sortie de la seconde fibre. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un conduit (32) en métal flexible, le tube de chemisage (30) étant contenu dans le conduit. 11. Dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend: 30. une première fibre optique (16), une source de puissance laser (10) couplée optiquement à une extrémité de la première fibre pour fournir un faisceau de puissance laser devant être acheminé par cette fibre; une seconde fibre optique (26); un tube de chemisage (30) dans lequel courent les première et seconde fibres optiques; d'o il résulte qu'une fuite d'énergie laser provenant de la première fibre à l'intérieur du tube provoquera une défaillance de la seconde fibre; un moyen pour détecter la défaillance de la seconde fibre; et un moyen pour interrompre la fourniture du faisceau de puissance laser à la première fibre optique lors de la détection d'une défaillance de la seconde fibre. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la seconde fibre optique (26) comprend une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, et en ce que le moyen pour détecter la défaillance de la seconde fibre comporte une source lumineuse (20) couplée optiquement à l'extrémité d'entrée de la seconde fibre pour fournir un signal de sécurité devant être acheminé par cette seconde fibre, et une diode photosensible (28) couplée optiquement de manière à recevoir le signal de sécurité provenant de l'extrémité de sortie de la seconde fibre. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen pour interrompre la fourniture du faisceau d'énergie laser comprend un relais répondant à la sortie de la diode photosensible pour mettre hors service la source de puissance laser lors de la perte de la transmission du signal de sécurité à la diode photosensible. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen pour interrompre la fourniture du faisceau de puissance laser-comprend un obturateur répondant à la sortie de la diode photosensible pour empêcher que le faisceau de puissance laser ne soit fourni à -la première fibre lors de la perte de la transmission du signal de sécurité à la diode photosensible. 15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la source lumineuse (20) est un laser à HeNe. 16. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé - 10 - en ce que la source de puissance laser (10) est un laser YAG. 17. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un conduit (32) en métal flexible, le tube de chemisage (30) étant contenu dans le conduit.