Brevet FR2716639A1 — publié le 19950901

La présente invention se rapporte à un robot laser de type portique comprenant une tète de travail laser montée au bas d'un bras vertical monté coulissant sur un chariot mobile le long d'une poutre horizontale et pourvu d'un système optique conduisant le faisceau laser entre une source laser et la tête de travail. L'automatisation d'opérations de travail par laser (découpe, soudage, traitement thermique, etc.) fait appel à un robot déplacant la tête de focaiisation ou de travail. On utilise souvent un robot à coordonnées cartésiennes ayant une architecture de type portique. La tête de focalisation ou de travail est montée au bas d'un bras vertical qui coulisse verticalement sur un chariot apte à coulisser le long d'une poutre horizontale. Le bras est mobile verticalement par rapport à la poutre (axe Z) et peut être déplacé parallèlement à lui même (axe Y). La source laser est montée à poste fixe, à coté du portique. De ce fait la poutre horizontale de support du bras est généralement fixe au dessus d'une table de travail déplacée en translation (selon l'axe X). Elle est portée à ses deux extrémités sur des jambes. La tête de travail qui est montée au bas du bras vertical peut effectuer diverses rotations, en particulier une rotation par rapport à l'axe vertical du bras et une rotation par rapport à un axe horizontal. Le faisceau laser venant de la source laser est envoyé le long de la poutre horizontale et est réfléchi par un miroir porté par le chariot afin de descendre le long du bras vertical. II pénétre ensuite dans la tête de focalisation ou de travail où il est encore réfléchi par des miroirs. Le faisceau laser est contenu dans une enveloppe assurant la protection des opérateurs. Le miroir qui renvoie le faisceau vers le bas est porté par le chariot et la distance entre ce miroir et la tête varie lorsque le bras coulisse sur le chariot. Le bras vertical doit être ouvert d'un côté, pour laisser passer le faisceau sur toute la hauteur de débattement de la tête. La conception du profilé ou caisson constituant le bras est par conséquent défavorable du point de vue de la rigidité. Le faisceau laser subit une seule réflexion, par le miroir, entre la partie horizontale s'étendant le long de la poutre et la partie verticale s'étendant le long du bras vertical. La présente invention a pour but de fournir un système optique qui permet de réduire l'encombrement du poignet et de la tète de focalisation, de renforcer la rigidité du bras vertical supportant la tète en utilisant un profil creux fermé. Ce système permet de diminuer la masse, de réduire la taille du miroir situé directement avant la tète et de réduire la taille des miroirs internes à la tête de focalisation. On obtient également une accessibilité meilleure sur les pièces à travailler. Le robot laser selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte un jeu de miroirs hauts portés par le bras et recevant le faisceau dévié par le miroir du chariot pour le renvoyer verticalement, selon l'axe du bras, vers un miroir bas le réfléchissant vers la tête de travail laser, I'un au moins des miroirs hauts étant un miroir focalisant. Selon une caractéristique, le miroir focalisant est le second miroir du jeu de miroirs hauts. Selon une autre caractéristique, le miroir focalisant renvoie le faisceau laser dans le tube formant le bras vertical. Selon une autre caractéristique, le miroir bas est monté dans le poignet reliant la tête de travail au bras vertical. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détail en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective du robot laser selon l'invention; - la figure 2 est un schéma du système optique équipant le robot laser de la figure 1. La tête de focalisation ou de travail 1 est montée au bas d'un bras vertical 2 qui coulisse verticalement sur un chariot 5 coulissant sur une poutre horizontale 3. Le bras vertical 2 est donc mobile par rapport à la poutre (axe Z) et peut être déplacé parallèlement à lui même (axe Y). La poutre horizontale 3 est fixe et elle est portée à ses extrémités sur des jambes 6 au dessus d'une table de travail 7 déplacée en translation (selon l'axe X). La tête de travail 1 montée au bas du bras vertical peut effectuer diverses rotations en particulier une rotation par rapport à un axe vertical 124 parallèle au bras et une rotation par rapport à un axe horizontal 125. Le faisceau laser venant de la source laser est émis le long de la poutre horizontale et est réfléchi verticalement, vers le haut, par un premier miroir plan 8 puis est réfléchi horizontalement par un miroir plan haut 9 puis est réfléchi verticalement, vers le bas, le long du bras vertical 2 par un miroir focalisant haut 10. L'axe optique en amont du miroir 8 est repéré 121 tandis que l'axe optique entre le miroir 8 et le miroir 9 est repéré 122, que l'axe optique entre le miroir 9 et le miroir 10 est repéré 123 et que l'axe optique parallèle au bras vertical est repéré 124. Le miroir focalisant 10 est parabolique. Le faisceau laser est réfléchi au bas du bras, vers la tête de travail 1, par un miroir plan bas 11. Le faisceau laser est réfléchi à l'intérieur de la tête de travail 1, en aval du miroir plan 11, par des miroirs ou réflecteurs qui ne sont pas représentés. La source laser est disposée à poste fixe à coté du portique. Le miroir 8 est solidaire du chariot 5 et suit donc ses mouvements. Les miroirs 9, 10 sont liés mécaniquement au bras 2 dont il suivent les mouvements. La distance entre les miroirs 9 et 10 est constante et de même la distance entre les miroirs 10 et 11 est constante. Par contre la distance entre les miroirs 8 et 9 est variable. De même la distance entre le miroir 8 et la source laser est variable. Des soufflets 13 et 14 enveloppant le faisceau permettent de compenser les variations de distance lors des mouvements du chariot 5 et du bras 2. Le soufflet 13 est monté entre le chariot 5 et les parties fixes, tandis que le soufflet 14 est monté entre le chariot 5 et le bras 2. La tête de focalisation 1 est montée au bas du bras vertical 2 par l'intermédiaire d'un poignet 15 pourvu d'articulations 151, 152 et permettant les mouvements de rotation de la tête 1 autour des axes 124 et 125. Le miroir bas 11 est monté dans le poignet et pivote autour de l'axe 124. Le faisceau laser à la sortie de la tête 1 est repéré 16. Le fonctionnement du robot laser va maintenant être décrit. Le faisceau laser sensiblement parallèle venant de la source laser est réfléchi vers le haut et vers le miroir 9, par le miroir 8 porté par le chariot 5, sous forme d'un faisceau parallèle. Le faisceau est renvoyé horizontalement par le miroir plan 9 vers le miroir focalisant 10 qui renvoie un faisceau convergent dans le tube constituant le bras vertical 2. Ce faisceau convergent est renvoyé horizontalement vers la tête de focalisation 1 par le miroir plan 11 qui est logé dans le poignet 15. Du fait des variations de distances, les faisceaux centrés sur 121 et 122 sont parallèles. Le miroir focalisant 10 qui est placé avant la tete de focalisation 1 permet de diminuer sensiblement le diamètre du faisceau dans la partie terminale du chemin optique. En variante, le miroir 9 pourrait être focalisant et le miroir 10 plan ou les deux miroirs 9 et 10 pourraient être focalisants. Le système optique formé par les miroirs 9, 10, 11 et la tête de focalisation pourrait constituer une combinaison focalisante. II est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Robot laser de type portique comprenant une tête de travail laser (1) montée au bas d'un bras vertical (2) monté coulissant sur un chariot (5) mobile le long d'une poutre horizontale (3) et pourvu d'un miroir (8) déviant le faisceau laser provenant d'une source laser vers la tête de travail, ce miroir (8) étant porté par le chariot, caractérisé par le fait qu'il comporte un jeu de miroirs hauts (9, 10) portés par le bras (2) et recevant le faisceau dévié par le miroir (8) du chariot pour le renvoyer verticalement selon l'axe du bras (2) vers un miroir bas (11) le réfléchissant vers la tête de travail laser (1), I'un au moins des miroirs hauts (10) étant un miroir focalisant. 2. Robot laser selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le miroir focalisant (10) est le second miroir du jeu de miroirs hauts. 3. Robot laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le miroir focalisant (10) renvoie le faisceau laser dans le tube formant le bras vertical (2). 4. Robot laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le miroir bas (11) est monté dans le poignet (15) reliant la tête de travail (1) au bras vertical (2). 5. Robot laser selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des soufflets (13, 14) enveloppant le faisceau laser entre le chariot et les parties fixes et entre le chariot (5) et le bras (2).