Brevet FR2662383A1 — publié le 19911129

DISPOSITIF D'AMENEE D'UN FAISCEAU LASER A UNE PIECE A USINER DESCRIPTION L'invention se rapporte à un dispositif d'amenée d'un faisceau Laser à une pièce à usiner. Il peut en effet être utile de chauffer une pièce aux endroits qui vont être atteints par l'outil d'usinage afin d'usiner ensuite ces endroits dans de meilleures conditions. Il est cependant nécessaire que le faisceau accompagne l'outiL dans ses déplacements sur la pièce et reste à une distance invariable et facilement réglable de l'outil. Cette distance dépend notamment des dimensions et du matériau de la pièce, et des paramètres de L'usinage tels que la vitesse de coupe. Il existe déjà de nombreux systèmes articulés ou offrant d'autres possibilités de déformation, qui permettent de modifier à volonté la position ou la direction d'un faisceau laser mais aucun, à La connaissance du déposant, n'est utilisable directement en combinaison avec un outil d'usinage mobile de manière qu'il suive Les déplacements de celui-ci tout en pouvant être utilisé sans difficulté pour des pièces de formes ou de dimensions très diverses. Suivant l'invention, si on considère que l'outil est fixé à un chariot mobile dans une première direction, le faisceau laser est émis tout d'abord dans cette première direction. Le dispositif d'amenée comprend une première partie solidaire du chariot et portant un premier miroir réfléchissant le faisceau suivant une deuxième direction ; une deuxième partie mobile suivant la deuxième direction et portant un deuxième miroir réfléchissant le faisceau suivant une troisième direction, lesdites trois directions étant toutes différentes ; et également une troisième partie mobile suivant la troisième direction et portant une tête d'orientation du faisceau. On peut concrètement décider que la troisième partie coulisse sur la deuxième et la deuxième sur la première. Quant à la tête d'orientation, elle peut comprendre un coude pivotant par une première extrémité sur la troisième partie et portant un troisième miroir réfléchissant le faisceau vers la seconde extrémité du coude, et une bague tournant sur la seconde extré- mité du coude et portant un quatrième miroir oblique par rapport à la portion du faisceau réfléchie par le troisième miroir. On peut compléter le dispositif d'amenée par un dispositif de réglage de la première direction du faisceau en amont de la première partie, ainsi que pour un moyen de réglage de la polarisation du faisceau. Une autre amélioration possible consiste à prévoir une première partie du dispositif en deux morceaux, l'un fixé au chariot et L'autre portant le premier miroir. Les deux morceaux sont réunis par un joint permettant de Les déplacer mutuellement suivant la première direction. D'une manière généra Le, Les composants mutuellement mobiles du dispositif peuvent être déplacés et réglés à la main ou par des systèmes motorisés et asservis. Une direction de réalisation de l'invention va maintenant être décrite pLus en détail à L'aide des figures annexées à titre illustratif et non limitatif, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif, - la figure 2 représente un joint télescopique utilisé dans l'invention, - la figure 3 représente une tête d'orienta tion au faisceau, et - Les figures 4 à 6 représentent diverses modifications qui peuvent être apportées au dispositif. Le dispositif représenté sur la figure 1 est disposé sur un tour, mais il pourrait également être incorporé à d'autres machines-outils telles que des fraiseuses. Un a représenté une pièce 1 cyLindrique à tourner. L'outil 2 de coupe est fixé par L'intermédiaire d'un support d'outil 3 à un chariot 4 mobile dans la direction y correspondant à L'avance de l'outil 2 ainsi qu'à l'axe de la pièce 1. Les directions x et z désignent Les directions de profondeur de passe et de hauteur de pointe. Une tête de laser 5, qui est immobile, émet un faisceau F qui est tout d'abord orienté dans la direction d'avance y. Si cela est nécessaire, un dispositif de réalignement 6 peut être interposé qui consiste en un prisme porteur de deux miroirs se faisant face. Des mouvements appropriés infligés au prisme permettent de modifier la direction d'émission du faisceau F pour la rendre bien parallèle à la direction d'avance y en cas de déréglage. Un polariseur 34 peut encore être interposé pour le réglage de la direction de polarisation du faisceau laser F. L'absorption de L'énergie par la pièce 1 dépend en effet fortement de ce facteur pour certaines directions d'incidence du faisceau laser F. Le polariseur 34 peut être fixe ou placé sur le dispositif d'amenée, en un endroit quelconque. Le dispositif d'amenée du faisceau F sur la pièce 1 est formé essentiellement de trois grandes parties. La première partie 7 porte un premier miroir lu sur lequel le faisceau F est réfléchi suivant la direction de hauteur de pointe z ; elle est par ailleurs solidaire du chariot 4 et reliée à la deuxième partie 8 par un premier joint télescopique 11. Le joint télescopique 11 permet à la deuxième partie 8 d'être mobile par rapport à la première partie 7 dans la direction de hauteur de pointe z. La deuxième partie 8 est coudée et comprend au coude un deuxième miroir 12 qui réfléchit le faisceau F suivant la direction de profondeur de passe x. Un second joint télescopique 13 relie Les deuxième et troisième parties 8 et 9 et permet de Les faire coulisser L'une par rapport à L'autre suivant la direction de profondeur de passe x. Chacun des joints télescopiques 11 ou 13 peut être constitué de la manière représentée à la figure 2. Les trois parties 7, 8, 9 apparaissent à ces endroits essentiellement sous la forme d'un tube externe 14 muni d'un filetage externe et d'un tube interne 15 coulissant dans le tube externe 14 et relié angulairement à lui par une clavette 16. Le tube interne 15 comprend également une collerette 17 sur laquelle un écrou 18 est monte tournant. L'écrou 18 est engage par une partie taraudée sur le filetage du tube externe 14. Les rotations de écrou 18 se transforment en coulissement des deux tubes 14 et 15. Des vis de blocage 33 peuvent être engagées dans des taraudages radiaux du tube externe 14 et provoquer un coincement en pressant le tube interne 15 par leur extrémité. Une tête d'orientation 19 du faisceau F est portée par la troisième partie 9. Elle est représentée à la figure 3 et comprend un coude 20 creux qui pivote par une première extrémité 21 sur un tube 22 constituant l'extrémite de la troisième partie 9 à L'opposé du second joint téLescopique 13. Elle est également formée d'une bague 23 creuse tournant autour de la seconde extrémité 24 du coude 2U. Le coude 2U contient un troisième miroir 25 qui réfléchit le faisceau F vers la bague 23, qui contient elle-même un quatrième miroir 26 incliné à 45C par rapport à l'axe de la seconde extrémité 24 du coude 2U. Le quatrième miroir 2t réfléchit le faisceau F suivant sa direction définitive vers la pièce 1. Un jour 27 est prévu dans la paroi latérale de la bague 23 pour laisser sortir le faisceau F. Des languettes rigides, respectivement 28 et 29, s'étendent à partir du coude 2U et de la bague 23 au-dessus du tube 22 et du coude 2U. Elles sont taraudées et reçoivent une vis respectivement 30 ou 31, dont l'extremité vient presser le tube 22 ou le coude EU pour établir un coincement et stabiliser ainsi La tête d'orientation 19 à la position souhaitée. La première partie 7 monobloc peut être remplacée, comme on l'a représenté à la figure 4, par une première partie composée de deux morceaux 35 et Tb, dont le premier est fixé au chariot 4 et Le second porte le premier miroir 10. Les morceaux 35 et 36 sont réunis par un joint à queue d'aronde 37 orienté suivant la direction d'avance y. Ce degré de liberté supplémentaire offre plus de choix pour régler la position du faisceau F. Ici encore des vis de pression peuvent bloquer le joint à queue d'aronde 37 à la position souhaitée. Il est cependant possible de remplacer Les moyens manuels de blocage par des moyens asservis pour régler Les mouvements des composants du dispositif qui sont mobiles entre eux, ainsi que pour bloquer ces composants. La figure 5 montre que le tube 22 de la figure 3 peut porter un moteur pas à pas 38 entraînant un pignon 39 qui engrène avec une couronne dentée 40 établie près de la première extrémité 21 du coude 2U. De manière analogue. le tube interne 15 de la figure 2 peut porter une crémaillère 41 longitudinale. Le tube extrême 14 est alors muni d'une rainure 42 à cet endroit, ainsi que d'un moteur pas à pas 43 entraînant un pignon 44 qui engrène avec la crémaillére 41.Ces modifications sont représentées à la figure ô. Il est clair que tous Les degrés de liberté du dispositif peuvent être pourvus de moyens analogues. Les moteurs pas à pas 38 et 43 sont commandés par l'utilisateur. Le faisceau F atteint la pièce 1 à un point de focalisation 32, situé sur une zone que l'outil de coupe 2 ne va pas tarder à atteindre et qui est choisi par l'utilisateur à la suite de tâtonnements et d'essais préLiminaires pour obtenir Les meilleures conditions de coupe. Le dispositif d'amenée qui vient d'être décrit permet de régler le faisceau F en position et en incidence, sur le point de focalisation 32 avec facilité et précision dès qu'il a été déterminé. Le faisceau laser F sortant de la tête d'orientation 19 reste alors immobile par rapport à l'outil 2 pendant L'usinage. Les conditions géométriques du tournage et la fixation du dispositif au chariot 4 expliquent que l'échauffement est pratiquement identique pour tous Les points usinés de la surface de la pièce 1, ce qui garantit une grande homogénéité du traitement. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amenée d'un faisceau laser (F) émis dans une première direction (y) sur une pièce à usiner (1) par un outil (2) fixé à un chariot (4) mobile par rapport à la pièce (1) dans - la première direction (y), caractérisé en ce qu'il comprend une première partie (7) solidaire du chariot (4) et portant un premier miroir (10) réfléchissant le faisceau (F) suivant une deuxième direction (z), une deuxième partie (8) mobile suivant la deuxième direction (z) et portant un deuxième miroir (12) réfléchissant le faisceau (F) suivant une troisième direction (x), lesdites trois directions (x, y, z) étant toutes différentes, et une troisième partie (9) mobile suivant La troisième direction (x) et portant une tête d'orientation (19) du faisceau (F). 2. Dispositif d'amenée d'un faisceau laser suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la troisième partie (9) coulisse sur la deuxième partie (8) et la deuxième partie (8) coulisse sur la première partie (7). 3. Dispositif d'amenée d'un faisceau suivant L'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la tête d'orientation (19) comprend un coude (20) pivotant par une première extrémité (21) sur la troisième partie (9) et portant un troisième miroir (25) réfléchissant le faisceau (F) vers la seconde extrémité (24) du coude (2U), et une bague (23) tour nant sur la seconde extrémité (24) du coude (20) et portant un quatrième miroir (26) oblique par rapport à la portion du faisceau (F) réfléchie par le troisième miroir (25). 4. Dispositif d'amenée d'un faisceau suivant L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par un dispositif de réglage (6) de la première direc tion (y) du faisceau (F) en amont de la première partie (7). 5. Dispositif d'amenée d'un faisceau laser suivant L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que La première partie (7) comprend deux morceaux (35, 36), llun fixé au chariot (4) et L'autre portant le premier miroir (lu), Les deux morceaux étant réunis par un joint (37) permettant de Les déplacer mutuellement suivant la première direction (y). t. Dispositif d'amenée d'un faisceau suivant L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par un moyen (34) pour polariser le faisceau laser suivant une direction réglable. 7. Dispositif d'amenée d'un faisceau laser suivant L'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des systèmes motorisés (38, 43) et asservis pour deplacer des composants mobiles mutuellement du dispositif.