Brevet FR2696556A1 — publié le 19940408

La présente invention concerne un procédé pour vérifier la présence et/ou la bonne orientation de miroirs d'acheminement d'un faisceau laser de puissance équipant une machine utilisant ce faisceau laser et un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Elle vise également un capteur de lumière utilisé dans le procédé et le dispositif précités. Sur une machine comportant un laser de puissance et qui, à titre d'exemple, peut être un robot de soudage, le faisceau laser FL est transmis d'une source laser S à un point de focalisation P par un chemin optique constitué de miroirs M comme cela est représenté en figure 1. Il est impératif de contrôler la présence de ces miroirs M pour éviter de tirer n'importe où au cas où l'un d'eux serait absent, par exemple oublié lors d'un remontage des miroirs après un nettoyage. Un tel contrôle n'a lieu qu'en mode automatique. En effet, en mode manuel, la personne travaillant sur la machine doit pouvoir tirer sans miroir à des fins de réglage et de mise au point et les moyens de contrôle de la présence des miroirs ne doivent pas l'en empêcher. Jusqu'à maintenant, chaque miroir M et chaque support de miroir étaient contrôlés par un microcontact. Le relâchement de l'un de ces microcontacts permettait de bloquer le tir laser par fermeture d'un obturateur O en amont du premier miroir M si l'un des miroirs n'était pas en bonne position. Un contrôle du fonctionnement de ces microcontacts était effectué à chaque démontage des miroirs afin de s'assurer qu'ils n'étaient pas coincés. Cependant, la solution ci-dessus connue à microcontacts de contrôle a pour inconvénients d'être très onéreuse du fait qu'elle nécessite autant de microcontacts qu'il y a de miroirs ou de supports de miroirs et implique des frais d'installation et de câblage des microcontacts élevés, d'entraîner des arrêts en sécurité intempestifs à cause d'une faible stabilité de la connectique (mauvais contacts empêchant le tir laser), d'enlever obligatoirement les miroirs avec les microcontacts alimentés pour permettre la détection de coincements et de ne pas interdire le tir laser lorsqu'un miroir présent est abimé ou noirci, ce qui entraîne une mauvaise qualité du tir. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus en proposant un procédé pour vérifier la présence et/ou la bonne orientation de miroirs d'acheminement d'un faisceau laser de puissance équipant une machine utilisant ce faisceau laser, telle qu'un robot de soudage, et qui est caractérisé en ce qu'il consiste à: a) placer un capteur sur le trajet du faisceau après le dernier miroir; b) produire un faisceau laser de contrôle de faible puissance; c) dévier le faisceau de contrôle en amont du premier miroir pour qu'il emprunte un trajet identique à celui du faisceau de puissance, dans le même sens que ce dernier; et d) vérifier que le capteur reçoit le faisceau de contrôle. Selon une caractéristique de l'invention, le capteur précité est placé au point de focalisation du faisceau de contrôle. Selon une autre caractéristique de l'invention, le capteur précité a une sortie directe à deux états et une sortie inversée et on vérifie d'une part que la sortie directe est dans un état donné en présence du faisceau de contrôle et dans l'état inverse en l'absence de ce faisceau et, d'autre part, que la sortie inversée est toujours dans l'état inverse de la sortie directe. La vérification précitée des états des sorties directe et inversée est effectuée successivement en l'absence du faisceau de contrôle, en présence du faisceau de contrôle et de nouveau en l'absence du faisceau de contrôle. Le tir laser de puissance est autorisé lorsque les états donnés précités obtenus par la vérification précitée sont corrects. L'invention propose également un dispositif de vérification de la présence et/ou de la bonne orientation de miroirs pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment et qui est caractérisé en ce qu'il comprend une source laser de faible puissance pour émettre le faisceau de contrôle ; un moyen pour dévier le faisceau de contrôle et l'amener à emprunter un trajet identique à celui du trajet du faisceau laser de puissance et un capteur de lumière situé après le dernier miroir et adapté pour vérifier qu'il reçoit effectivement le faisceau de contrôle. De préférence, le capteur précité comprend un convertisseur lumièretension et un circuit électronique relié en sortie du convertisseur apte à produire à une première sortie ou sortie directe du capteur un signal ayant un état donné ou l'état inverse selon que le convertisseur reçoit ou non de la lumière provenant de la source laser de faible puissance. Le circuit électronique précité est également relié par l'intermédiaire d'un moyen d'inversion à une deuxième sortie ou sortie inversée du capteur de façon que la deuxième sortie fournisse un signal dont l'état est constamment inverse de celui du signal de la première sortie. Avantageusement, le circuit électronique précité est un trigger de Schmitt. De préférence, le capteur se trouve à l'intérieur d'un boîtier équipé d'une cheminée noire haute et étroite pour le passage du faisceau laser de faible puissance et débouchant au-dessus du capteur. Avantageusement, le convertisseur lumière-tension est un phototransistor. Les première et deuxième sorties précitées du capteur sont reliées respectivement à deux lampes témoins et à un automate programmable contrôlant les sorties complémentées du capteur. Le convertisseur lumière-tension, le trigger de Schmitt et le moyen d'inversion précités sont alimentés par une source d'alimentation commune. L'invention vise également un capteur de lumière tel que défini dans le dispositif précité. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels:: - la figure 1 représente un ensemble connu de miroirs permettant de transmettre un faisceau laser de puissance provenant d'une source laser à un point de focalisation; - la figure 2 représente un ensemble de miroirs identique à celui de la figure 1 et auquel est associé le dispositif de contrôle conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue agrandie montrant le capteur de lumière utilisé dans le dispositif de contrôle de la figure 2 et logé dans une cheminée appropriée; - la figure 4 représente sous forme de schéma bloc un mode de réalisation du capteur conforme à l'invention; - la figure 5 représente un mode de réalisation du convertisseur lumièretension faisant partie du capteur de la figure 4; ; - les figures 6A et 6B représentent deux signaux de sortie fournis respectivement par le convertisseur lumière-tension de la figure 5 et un trigger de Schmitt faisant partie du capteur de la figure 4; - la figure 7 représente les différents niveaux des signaux apparaissant aux sorties directe et inversée du capteur de lumière suivant que le faisceau laser de réglage est éteint ou allumé; et - la figure 8 représente un mode de réalisation en forme de boîtier du capteur de lumière conforme à l'invention. L'invention va être décrite en application à un robot de soudage, mais il est bien entendu qu'elle s'applique à toute autre machine équipée de miroirs permettant de transmettre un faisceau laser de puissance d'une source laser à un point de focalisation déterminé. Ainsi, en se reportant aux figures et en particulier à la figure 2, le robot de soudage est équipé d'un ensemble de miroirs M et d'une source S émettant un faisceau laser de puissance transmis par les miroirs M à un point de focalisation P. Dans le but de contrôler la présence des miroirs M pour éviter de tirer au moyen du faisceau laser de puissance à un endroit autre qu'une cible souhaitée à atteindre, il est prévu un dispositif permettant de vérifier la présence et/ou la bonne orientation des miroirs M d'acheminement du faisceau laser de puissance. Conformément à l'invention, ce dispositif comprend une source SR permettant d'émettre un faisceau laser de réglage ou de contrôle de faible puissance et un moyen optique MR permettant de dévier le faisceau de contrôle en amont du premier miroir M pour qu'il emprunte un trajet optique identique à celui du faisceau laser de puissance. Ce moyen optique est constitué par un miroir semi-réfléchissant ou amovible MR situé sur l'axe optique reliant la source S au premier miroir M et orienté de 450 par rapport à cet axe de façon à pouvoir ainsi transmettre le faisceau laser de contrôle au point de focalisation P par le même chemin optique que celui du faisceau laser de puissance. La source SR émet le faisceau laser de contrôle dans le domaine du visible (HeNe ou diode laser).Le dispositif de contrôle comprend également un capteur de lumière CL placé au point de focalisation P du faisceau laser de contrôle. Le capteur CL est relié à un automate de contrôle par l'intermédiaire d'un cordon de liaison COL (fig. 8) servant également de cordon d'alimentation des différents éléments du capteur qui sont logés dans un boîtier B équipé d'une cheminée noire haute et étroite CH pour le passage du faisceau laser de faible puissance et débouchant au-dessus du capteur comme cela ressortira plus clairement de la description qui va suivre. Le capteur CL comprend un convertisseur lumière-tension CV (fig. 4), un circuit trigger de Schmitt CT relié en sortie du convertisseur CV et deux sorties respectivement directe SD et inversée SI reliées à l'automate de contrôle. Le convertisseur lumière-tension CV doit être extrêmement sensible au faisceau laser de contrôle, dont la puissance varie entre 0,5 et 5 mW, et quasiment insensible à la lumière ambiante. A cet effet, une solution consisterait à placer le convertisseur CV derrière un filtre interférentiel ne laissant passer que la lumière de même longueur d'onde que celle du laser de contrôle. Cependant, outre son prix assez élevé, cette solution nécessite un filtre adapté à la longueur d'onde de la source laser et donc ne permet pas de changer le type de laser de contrôle. La solution qui a été retenue consiste donc à coiffer le convertisseur lumière-tension CV de la cheminée noire haute et étroite CH de façon que seul un faisceau de lumière collimaté FC (fig. 3) dans l'axe de la cheminée CH puisse la franchir, supprimant ainsi tout faisceau de lumière ambiante ou indirecte FI, et que le capteur CL soit indépendant de la longueur d'onde du laser de contrôle. Le convertisseur lumière-tension CV peut être réalisé à partir d'un phototransistor PT à résistance de réglage R de la sensibilité du capteur et qui est bloqué lorsque l'intensité lumineuse L reçue par le phototransistor PT est nulle (obscurité) avec donc VS = Vcc et est porté à saturation lorsque l'intensité lumineuse L est grande (présence laser) de sorte que VS tend vers le O volt de référence. Le trigger de Schmitt qui, comme cela est connu, présente un phénomène d'hystérésis, possède deux seuils fixes de déclenchement, par exemple 1/3 et 2/3, et a ainsi pour but de fournir un seuil à partir duquel on estime avoir reçu le faisceau laser de contrôle et de donner des changements d'états francs en sortie du capteur (hystérésis). La sortie du trigger de Schmitt CT est reliée à un relais R1 pouvant alimenter une lampe témoin L1 associée à la sortie directe SD du capteur. La sortie du trigger de Schmitt CT est également reliée à l'entrée d'un inverseur INV relié en série à un relais R2 pouvant alimenter une autre lampe témoin L2 associée à la sortie inversée SI du capteur. Le convertisseur CV, le trigger de Schmitt CT, l'inverseur INV et les bobines des relais sont alimentés par une source d'alimentation commune AL. Le fonctionnement du dispositif de contrôle ressort déjà de la description qui en a été faite ci-dessus et va être maintenant expliqué. L'automate de contrôle vérifie tout d'abord les états des sorties directe SD et inversée SI du capteur de lumière CL en l'absence du faisceau laser de contrôle de faible puissance. Normalement, l'automate constatera que la sortie directe SD du capteur est à un niveau bas ou niveau de repos tandis que la sortie inversée SI est à un niveau complémentaire, donc un niveau haut ou niveau actif, comme cela ressort des lignes (a), (b) et (c) de la figure 7 représentant respectivement les niveaux du faisceau laser de contrôle, du signal de la sortie directe SD et du signal de la sortie inversée SI. La source SR est ensuite mise en service de façon que le faisceau laser de contrôle soit acheminé vers le point de focalisation au travers du chemin optique défini par les miroirs M. Si tout est normal, l'automate vérifiera que, quand le faisceau laser de contrôle est allumé, les signaux des sortie directe et inversée SD et SI sont respectivement à un niveau haut et un niveau bas. L'automate vérifie de nouveau l'état des signaux des sorties directe SD et inversée SI du capteur de lumière lorsque le faisceau laser de contrôle est éteint et qui, normalement doivent être complémentaires, c'est-à-dire respectivement bas et haut. Le fonctionnement du capteur de lumière va être maintenant décrit en référence en particulier aux figures 6A et 6B. Lorsque la tension de sortie VS du phototransistor PT formant le convertisseur CV est décroissante, c'est-à-dire lorsque l'intensité lumineuse L reçue par le photo-transistor PT augmente (présence laser) et que la tension VS atteint le seuil inférieur du trigger de Schmitt CT, la sortie de ce dernier passe à un niveau haut auquel elle est maintenue tant que la tension de sortie du convertisseur CV n'a pas atteint le seuil haut du trigger de Schmitt. Les relais R1 et R2 fournissent alors aux sorties SD et SI des signaux respectivement de niveaux haut et bas et les lampes L1 et L2 sont respectivement allumée et éteinte.Lorsque la tension de sortie du convertisseur CV est croissante, c'est-àdire lorsque l'intensité lumineuse L reçue par le phototransistor PT diminue (obscurité), et atteint le seuil haut du trigger de Schmitt, la tension de sortie de ce dernier passe du niveau haut au niveau bas. Les relais R1 et R2 amènent les sorties SD et SI respectivement aux niveaux bas et haut et les lampes L1 et L2 à être respectivement éteinte et allumée. Ainsi, en mode automatique, après chaque départ de cycle et après avoir placé le point de focalisation au-dessus du capteur, le tir de puissance n'est autorisé qu'après avoir vérifié, par l'automate de contrôle, si les trois états successifs des sorties directe et inversée du capteur correspondent respectivement aux états éteint, allumé et de nouveau éteint du faisceau laser de contrôle. Le dispositif de contrôle, s'il a pour objet d'empêcher un tir par le laser de puissance en cas d'absence de l'un des miroirs, ne doit pas pour autant empêcher les déplacements des bras du robot sans tir. Ce dispositif ne provoque donc pas un arrêt d'urgence. L'automate de contrôle doit savoir à tout moment s'il est opérationnel en vérifiant les sorties du capteur. Pour cela, le capteur possède les deux sorties complémentées et un état identique sur ces deux sorties indique soit un défaut du capteur, soit un défaut d'alimentation sur celui-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé pour vérifier la présence et/ou la bonne orientation de miroirs (M) d'acheminement d'un faisceau laser de puissance équipant une machine utilisant le faisceau laser, telle qu'un robot de soudage, caractérisé en ce qu'il consiste à: a) placer un capteur (CL) sur le trajet du faisceau après le dernier miroir (M); b) produire un faisceau laser de contrôle de faible puissance; c) dévier le faisceau de contrôle en amont du premier miroir (M) pour qu'il emprunte un trajet identique à celui du faisceau de puissance, dans le même sens que ce dernier; d) vérifier que le capteur (CL) reçoit le faisceau de contrôle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (CL) précité est placé au point de focalisation (P) du faisceau de contrôle. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur (CL) précité a une sortie directe (SD) à deux états et une sortie inversée (SI) et en ce qu'il consiste à vérifier d'une part que la sortie directe (SD) est dans un état donné en présence du faisceau de contrôle et dans l'état inverse en l'absence de ce faisceau et, d'autre part, que la sortie inverse (SI) est toujours dans l'état inverse de la sortie directe (SD). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vérification des états précités des sorties directe (SD) et inversée (SI) est effectuée successivement en l'absence du faisceau de contrôle; en présence du faisceau de contrôle; et de nouveau en l'absence du faisceau de contrôle. 5. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il consiste à autoriser le tir laser de puissance lorsque les états donnés obtenus par la vérification précitée sont corrects. 6. Dispositif de vérification de la présence et/ou de la bonne orientation de miroirs pour la mise en oeuvre du procédé défini aux revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une source laser de faible puissance (SR) pour émettre le faisceau de contrôle ; un moyen (MR) pour dévier le faisceau de contrôle et l'amener à emprunter un trajet identique à celui du trajet du faisceau laser de puissance; et un capteur de lumière (CL) situé après le dernier miroir (M) et adapté pour vérifier qu'il reçoit effectivement le faisceau de contrôle. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur (CL) comprend un convertisseur lumière-tension (CV) et un circuit électronique (CT) relié en sortie du convertisseur (CV) et apte à produire à une première sortie ou sortie directe (SD) du capteur (CL) un signal ayant un état donné ou l'état inverse selon que le convertisseur (CL) reçoit ou non de la lumière provenant de la source laser de faible puissance (SR). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit électronique (CT) est également relié par l'intermédiaire d'un moyen d'inversion (INV) à une deuxième sortie ou sortie inversée (SI) du capteur (CL) de façon que la deuxième sortie fournisse un signal dont l'état est constamment inverse de celui du signal de la première sortie (SD). 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le circuit électronique précité est un trigger de Schmitt. 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que le capteur (CL) se trouve à l'intérieur d'un boîtier (B) équipé d'une cheminée noire haute et étroite (CH) pour le passage du faisceau laser de faible puissance et débouchant au-dessus du capteur (CL). 11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le convertisseur lumière-tension précité est un phototransistor (PT). 12. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que les première et deuxième sorties (SD, SI) du capteur (CL) sont reliées respectivement à deux lampes témoins (L1, L2). 13. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, caractérisé en ce que les sorties (SD, SI) du capteur (CL) sont reliées à un automate programmable de contrôle des états complémentaires de ces sorties. 14. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que le convertisseur lumière-tension (CV), le trigger de Schmitt (CT) et le moyen d'inversion précités sont alimentés par une source d'alimentation commune (AL). 15. Capteur de lumière, caractérisé en ce qu'il est conforme à Rune des revendications 6 à 14.