Brevet FR2756641A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne une machine de fabrication de modules optiques, comprenant un tube métallique étanche logeant des fibres optiques noyées dans un produit d'étanchéité (graisse), cette machine comprenant - un poste d'émission du ruban en acier servant à réaliser le tube, - un bloc d'émission de fibres optiques fournissant les fibres optiques à introduire dans le tube, - un banc de formage du tube en acier, - un système d'injection de graisse dans le tube, - un poste de soudage au laser recevant le tube fermé pour le souder, - un banc d'étirage en aval du poste de soudage pour calibrer le tube formé, - un cabestan de tirage et un enrouloir pour tirer le tube à travers la machine et l'enrouler. Une telle machine est destinée à fabriquer des modules optiques, c'est-à-dire un petit tube en acier d'un diamètre en général compris entre 1 et 4 mm pour une épaisseur de paroi du ruban d'acier de 0,1 à 0,25 mm et contenant entre 1 et 48 fibres optiques. La longueur d'un tel module optique peut être de l'ordre de quelques kilomètres. Le module optique ainsi réalisé constitue un élément qui peut être intégré à des câbles électriques. On connaît déjà différentes réalisations de machines destinées au sens général à souder des tubes, par exemple en matière plastique. Ainsi, selon le document EP 0 127 127, il est connu un procédé et une installation pour la fabrication d'un tube. Ce document décrit une machine réalisant un tube par formage d'un ruban de matière plastique qui est progressivement cintré autour de l'axe du futur tube. Le soudage des rives se fait à l'aide d'un faisceau laser. Le tube formé mais non encore soudé est maintenu par deux chenilles, c'est-à-dire deux chaînes sans fin, appliquées latéralement contre le tube. Ces chenilles occupent une certaine longueur de tube, en amont et en aval du point de soudage. Une telle installation n'est pas transposable à la fabrication de tubes en acier de très petites dimensions, comme ceux utilisés dans les modules optiques car on rencontre des problèmes de chauffage par le faisceau laser qui sont pratiquement insurmontables. En effet, pour souder un tube en acier il faut un laser d'une puissance beaucoup plus importante que celle nécessaire au soudage d'un tube en matière plastique. La chaleur dégagée au niveau de la soudure est de ce fait très importante. Comme le tube est relativement bon conducteur de même que les chenilles, pour que ces moyens résistent à la température, il faut refroidir cet équipement mobile d'autant plus que la surface de contact importante avec le tube maintiendrait celui-ci à une température élevée qui abîmerait les fibres optiques. Or, le refroidissement d'une chenille, pour évacuer des quantités importantes de chaleur est un problème difficile à résoudre pour des machines de soudage de modules optiques. De plus, bien qu'utilisées parfois en câblerie les chenilles ne permettent pas un positionnement précis du tube pour le souder au faisceau laser. I1 existe également, selon le document EP 0 299 123, un appareil et un procédé pour la fabrication en continu de câbles optiques armés ou modules optiques. Cette machine comporte une alimentation en ruban d'acier et en fibres ainsi que des jeux de galets de formage du ruban d'acier pour obtenir un tube. Le soudage est réalisé par un laser, c'est-à-dire sans apport de matière. Le problème traité dans ce document antérieur est celui du positionnement précis du foyer du faisceau laser par rapport à l'endroit où se fait la soudure, de manière à permettre de réaliser la soudure tout en évitant de chauffer de manière excessive les fibres optiques à l'intérieur du tube (c'est-à-dire sous la zone de soudage) pour éviter de les détérioter. Les moyens décrits dans ce document, pour réaliser ce positionnement précis du foyer du faisceau laser par rapport au tube, se composent de deux rouleaux ou galets de guidage un premier rouleau de guidage est placé au-dessus du tube, en amont du point de soudage, et il tourne sur un axe horizontal fixe ; un second galet de guidage vient sous le tube, chargé par un ressort. Le second galet applique le tube contre la surface de référence constituée par le premier galet. En effet, le premier galet étant en position fixe, sur le dessus du tube formé, il définit de manière précise la hauteur des deux rives du tube à l'endroit de ce galet mais non au point où se fait la soudure alors que le laser est réglé de manière précise sur le niveau du joint de soudure défini par le galet supérieur et non par les rives du tube à l'endroit où doit se faire la soudure. Cette installation présente également d'autres inconvénients car les rives du tube sont libres à l'endroit où se fait la soudure et l'élévation de température, nécessaire et importante, au niveau du point où se fait la soudure, se répercute en amont de ce point de soudage, dans la partie du tube, non tenue, en aval des deux galets de maintien haut et bas. Cela se traduit par une imprécision de fabrication qui n'est pas négligeable et surtout elle est en contradiction avec le but recherché, à savoir celui d'une fabrication très précise. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer une machine à fabriquer les modules optiques permettant de positionner de manière extrêmement précise l'ébauche de tube à souder pour la souder au faisceau laser, (sans apport de matière) dans des conditions de positionnement très précises, favorables à la qualité du produit à obtenir. A cet effet, l'invention concerne une machine du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que le poste de soudage se compose d'au moins une lame de guidage verticale, située dans l'axe longitudinal de la machine pour guider les deux rives de l'ébauche de tube, cette lame de guidage étant suivie de deux galets latéraux à gorge venant presser de part et d'autre l'ébauche de tube pour la refermer et la tenir de manière précise, et le faisceau du poste de soudage à laser est dirigé sur l'ébauche de tube à souder, à l'intersection du tube et du plan passant par les axes des deux galets latéraux. La machine selon l'invention, qui tient précisément les deux côtés de l'ébauche de tube, évite que ceux-ci ne puissent s'ouvrir ou se déformer pendant que s'effectue la soudure. L'invention permet de maintenir fermement le tube, dans le sens opposé aux efforts développés par les contraintes exercées par le tube et qui tendent à l'ouvrir, comme dans la machine connue qui écrase le tube, en agissant dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction des forces d'ouverture du tube, ce qui a tendance à faire pivoter les rives du tube. Cela est extrêmement important car les essais ont montré que la précision du tube obtenu ne découlait pas de la précision de la position du foyer par rapport à l'endroit de la soudure à réaliser mais de la précision avec laquelle les deux rives du tube étaient appliquées l'une contre l'autre au moment du soudage. Comme cette soudure est réalisée à l'intersection du plan passant par les axes du galet et le tube, la soudure se fait à l'endroit de rapprochement maximum des deux galets, c'est-à-dire à l'endroit où les efforts de maintien exercés par les galets sont les plus importants. En d'autres termes, la machine soude l'ébauche de tube à l'endroit où son positionnement de tube non encore soudé est le plus précis ce qui permet d'obtenir une soudure parfaite des deux rives du tube qui restent alignées l'une sur l'autre cela évite d'induire des déformations au niveau de la zone de soudage. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre un schéma d'ensemble de la machine selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon II-II de la figure 1 montrant le guide de positionnement et d'alignement, - la figure 3 est une coupe transversale selon III III montrant les galets de préformage, - la figure 4 est une coupe transversale montrant les galets de formage, - la figure 5 est une vue en coupe selon V-V du guide d'alignement de l'ébauche de tube, - la figure 6 est une vue en coupe au niveau du point de soudage, - la figure 7 est une vue de dessus schématique correspondant à la figure 6. Selon la figure 1, l'invention concerne une machine pour la fabrication de modules optiques. Cette machine se compose d'un poste d'émission 1 fournissant un ruban en acier RA mis en forme de tube et soudé dans la machine. Elle comprend également un poste d'émission de fibres optiques 2 fournissant en parallèle les fibres optiques Fi que doit contenir le tube pour former le module optique. Le ruban en acier RA et le faisceau de fibres optiques Fi sont réunis pour que le tube entoure progressivement les fibres optiques. En aval, la machine comprend un banc de formage 4 du tube et un système d'injection de graisse 4. L'ensemble est suivi par le poste de soudage 5 suivi d'un banc d'étirage 6. En sortie de la machine, le tube passe dans un cabestan de tirage 7 avant d'être enroulé sur un enrouloir 8. Les différents moyens périphériques tels que le poste d'émission du ruban en acier 1, le bloc d'émission des fibres optiques 2, le cabestan de tirage 7 et l'enrouloir 8 ne sont figurés que schématiquement, de même que les moyens de refroidissement du poste de soudage. La machine comporte également des moyens de commande et de gestion de la fabrication. Ces moyens ne sont pas détaillés. Les différents éléments constitutifs de la machine seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Le poste d'émission 1 du ruban d'acier RA se compose d'un support recevant un rouleau portant un ruban d'acier à la longueur du module optique à réaliser. Ce ruban d'acier peut par exemple résulter du soudage bout à bout de plusieurs rubans fabriqués séparément et qui sont réunis pour obtenir la longueur voulue. Le dévidage du ruban RA est asservi en fonction de la demande ; il passe par exemple sur un pantin en faisant une boucle qui commande le dévidage du ruban RA. Ces différents moyens connus ne sont représentés que par le rectangle 10. En sortie, le poste d'émission comporte un guide de positionnement et d'alignement 11 du ruban en acier RA. Ce guide 11 est composé d'un bloc d'acier en deux parties, une partie inférieure 111 et une partie supérieure 112 définissant entre elles un couloir 113 de passage, de.section rectangulaire identique à celle du ruban RA pour en assurer le guidage transversal et le positionnement exact par rapport à l'axe XX de la ligne de fabrication. La figure 2 montre une coupe transversale de ce guide de positionnement et d'alignement 11. Ce guide 11 est incliné par rapport à l'axe XX de la machine correspondant au défilement du tube entre le formage et sa traction par le cabestan 7 pour arriver sous la canule 31 guidant les fibres Fi dans le tube en cours de formation. Le bloc d'émission 2 de fibres optiques Fi se compose, d'une manière non représentée, d'un châssis muni d'emplacements pour recevoir chacun une bobine portant une longueur de fibres optiques. Ces bobines sont montées chacune sur un axe entraîné par un moteur asservi également par un pantin sur lequel passe la fibre optique en aval de la bobine. Ce pantin, c'est-à-dire ce galet, fait subir à la fibre optique une boucle et assure l'asservissement du moteur entraînant la bobine pour dévider la longueur de fibre demandée. Usuellement, chaque bobine ne comporte qu'une fibre, du moins si le nombre de fibres à intégrer dans le tube est faible. Par contre, pour intégrer un nombre important de fibres comme par exemple une vingtaine, voire une trentaine de fibres, certaines bobines ou toutes les bobines portent plusieurs fibres. Les fibres sont, comme le ruban, enroulées sur les bobines suivant la longueur nécessaire pour la fabrication du module optique. Ces différents moyens connus ne sont représentés que schématiquement par le rectangle 21. En sortie du bloc d'émission toutes les fibres passent sur une bobine 22. Le banc de formage du tube en acier 3 se compose d'une paire de galets d'entrée 30, 30' pour aligner le ruban RA sur l'axe XX. Le galet supérieur 30 a une gorge à travers laquelle passent les fibres Fi protégées par la canule 31 pour toucher ni les côtés du galet, ni le ruban RA. Selon la figure 3, ces galets 30, 30' ont des gorges de formes différentes. Ces deux galets amorcent le cintrage du ruban en acier RA. Le galet inférieur 30' a une gorge évasée et le galet supérieur 30 est en forme .de diabolo avec deux bords 301, 302 de part et d'autre d'une gorge centrale 303. Les deux bords 301, 302 enfoncent le ruban d'acier RA dans la gorge 301' du galet inférieur 30' pour relever les rives RA1, RA2 du ruban RA. Le galet supérieur 30 n'est en contact avec la face supérieure du ruban RA que par les deux bords 301, 302, le fond 304 de la gorge 303 du galet 30 définit avec la surface supérieure du ruban RA une ouverture 305 servant dans un cas au passage des fibres optiques Fi et de la canule d'injection de graisse 33. Selon un mode de réalisation, la canule de graisse à injecter est introduite dans le tube dès les galets 30, 30'. Dans ce cas, la pompe n'a pas été représentée. La canule 31 est constituée par un petit tube de section nettement inférieure à celle du tube en cours de fabrication. La canule est portée par un équipage mobile relié à une pompe à graisse à haute pression. La canule et l'équipage mobile peuvent être déplacés entre une position de fonctionnement et une position de repos. En position de repos, la canule est dégagée du tube en cours de formation ; pour se mettre en position de fonctionnement, la canule est déplacée en translation, portée par son équipage de façon à se mettre sensiblement dans l'axe XX du banc de formage (axe du tube) ; la canule arrive par-dessus le ruban encore plat sortant du guide de positionnement 11 pour passer entre le dessus du ruban et le fond de la gorge 303 du galet supérieur 30 du premier jeu de galets 30, 30' et continuer au-delà du banc de formage 3, à l'intérieur du tube jusqu'au-delà du point de soudage. L'équipage mobile de la canule d'injection de graisse porte également la canule d'introduction des fibres 31. Cette canule déplacée en même temps que la canule d'injection de graisse est moins longue que cette dernière. En position de travail, la canule d'injection des fibres peut s'arrêter en aval du troisième jeu de galets. Cette canule passe également au-dessus du ruban entre le fond de la gorge du galet supérieur du premier jeu de galets pour continuer à l'intérieur du tube en cours de formage. Cette canule a une section suffisante pour le passage libre des fibres, tout en étant nettement inférieure à la section intérieure du tube. Ces fibres sont centrées par un entonnoir de centrage 31A de la canule en amont de la paire de galets 30, 30' d'axes horizontaux et la canule 31 se prolonge jusqu'en aval du troisième jeu de galets de formage. En aval, le poste de formage se compose de deux galets de préformage 32, 32' d'axes verticaux placés de chaque côté du ruban RA. Les galets 32, 32' poursuivent le relevage des rives du ruban RA. En aval des deux galets de préformage 32, 32', le banc de formage comprend deux galets latéraux 34, 34' tournant autour d'axes verticaux. Selon la figure 4, les galets 34, 34' complètent le formage du tube ; ces deux galets sont de forme identique ; ils ont chacun une gorge 340, 340' entre lesquelles passe le ruban RA qui est refermé progressivement autour des fibres optiques (canules 31, 33). En sortie des galets de formage 34, 34', le tube RA est pratiquement fermé. La fermeture complète se fait entre deux galets 35, 35' d'axes fixes placés l'un au-dessus et l'autre en dessous de l'ébauche de tube RA. Selon une variante de réalisation représentée, entre les paires de galets 34, 34' et 35, 35', arrive un tube d'injection de graisse 41 alimenté par la pompe 42, commandée, faisant partie du système d'injection de graisse 4. Ce système d'injection de graisse 4, dont le tube cintré par le coude 43 arrive dans l'intérieur du tube RA en cours de formation, pourrait être également constitué par la canule 31 d'une certaine longueur, passant également par la gorge du galet 30, la canule étant placée dans l'axe XX de la machine dès le galet 30 en passant dans la gorge 323 de ce galet comme cela a déjà été décrit. La sortie 411 de la canule d'injection de graisse 41 débouche en aval du point de soudage. La pompe d'injection de graisse 42 est une pompe à haute pression dont le débit est commandé en fonction des paramètres de l'installation et du tube à fabriquer (volume intérieur du tube par unité de longueur, volume des fibres optiques, vitesse de défilement, etc.). Le poste de soudage 5 (figures 1, 5, 6, 7) reçoit l'ébauche de tube RA presque refermée sur elle-même en sortie du banc de formage 3. Ce poste de soudage 5 est aligné sur l'axe de défilement XX. Il se compose en entrée, d'un moyen de guidage transversal formé d'une ou de deux lames minces 51 placées l'une derrière l'autre dans l'axe XX de défilement du tube. Ces lames 51 pénètrent dans la fente F de l'ébauche de tube pour guider cette fente longitudinalement ; les bords T1, T2 du tube s'appuient sur les côtés des lames 51. La fente F est ainsi orientée précisément vers le haut. Sous chaque lame 51 de guidage, le tube est soutenu par un galet à gorge 52. Ce guidage longitudinal 51, 52, fixe, est suivi par deux galets latéraux à gorge 53, 53', venant presser de part et d'autre le tube pour le refermer précisément (figure 6). Le poste de soudage comprend également un laser CO2, 54 installé à côté de la ligne de fabrication et dont le faisceau arrive sur le tube I, à la jonction J des rives T1, T2 suivant une direction Y1Yl légèrement inclinée par rapport à la perpendiculaire au tube T pour éviter que le faisceau laser réfléchi ne pénètre en retour dans le laser. Le faisceau laser 55 rencontre le tube T au point 56 pour le souder. La sortie 57 du laser est alimentée en gaz protecteur fourni à l'enceinte à travers le tube 58. (Fig. 1) A la figure 7, le défilement du tube T est représenté par la flèche A. Le point de soudage 56 est situé à l'intersection d'un plan passant par les axes Y2Y2 et Y2,Y2 des galets 53, 53' et du tube T, à la jonction des rives T1, T2. Il s'agit du point sur l'axe de défilement XX de l'ébauche de tube là où les deux rives T1, T2 du tube T sont le plus rapprochées et maintenues le plus précisément par les deux galets 53, 53'. Le poste de soudage 5 est également équipé d'un microscope de contrôle 59, visant le point de soudage 56 pour le contrôler. Ce microscope 59 peut recevoir une caméra vidéo qui affiche l'image de la zone de soudage sur un écran de contrôle permettant de vérifier et d'assurer le réglage des différents paramètres de la machine. En aval du poste de soudage le tube T passe dans un banc d'étirage 6 formé de filières 61, 62 qui réduisent le diamètre du tube. Cette réduction peut atteindre jusqu'à environ 40 W. Le cabestan de tirage 7 et l'enrouloir 8 n'ont été figurés que schématiquement. Le cabestan de tirage 7, en aval du banc d'étirage, se compose de deux poulies 71, 72 sur lesquelles passe plusieurs fois le tube T. L'une des poulies est entraînée par un motoréducteur asservi pour tirer le tube à travers la machine selon une vitesse de consigne. L'enrouloir 8 non détaillé, en aval du cabestan, se compose d'un touret d'enroulement sur lequel s'enroule le tube chargé de fibres et de graisse constituant le module optique. REVENDICATIONS 10) Machine de fabrication de modules optiques, consistant en un tube métallique étanche logeant des fibres optiques noyées dans un produit d'étanchéité, machine comprenant - un poste d'émission du ruban en acier servant à réaliser le tube, - un bloc d'émission (8) de fibres optiques (2) fournissant les fibres optiques (Fi) à introduire dans le tube, - un banc de formage (3) du tube en acier (RA), - un système d'injection de graisse (4) dans le tube, - un poste de soudage au laser (5) recevant le tube fermé (RA) pour le souder, - un banc d'étirage (6) en aval du poste de soudage (5) pour calibrer le tube formé (T), - un cabestan de tirage (7) et un enrouloir (8) pour tirer le tube (T) à travers la machine et l'enrouler, caractérisée en ce que le poste de soudage (5) se compose d'au moins une lame de guidage (51) verticale, située dans l'axe longitudinal (XX) de la machine pour guider les deux rives (T1, T2) de l'ébauche de tube (RA, T), cette lame de guidage (51) étant suivie de deux galets latéraux (53, 53') à gorge (531, 531') venant presser de part et d'autre l'ébauche de tube pour la refermer de manière précise, et le faisceau (55) du poste de soudage à laser est dirigé sur l'ébauche de tube à souder, à l'intersection du tube et du plan passant par les deux axes (Y2Y2 ; Y'2Y'2) des deux galets latéraux (53, 53'). 2") Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lame de guidage (51) est formée d'au moins deux parties placées l'une derrière l'autre, complétée par au moins un galet (52) de soutien du tube (T). 30) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comporte un microscope de contrôle (59) dirigé sur le point de soudage (56) et équipé d'une caméra vidéo et d'un moniteur pour afficher l'image de la soudure du tube (T). 4 ) Machine selon la revendication 1, caractérisée par un poste d'émission (1) du ruban en acier (RA) se composant d'un guide transversal (11) formé par un chemin de section correspondant à celle du ruban (RA) pour être traversé par celuici, ce chemin étant incliné par rapport à l'axe (XX) de la machine selon lequel défile les fibres optiques (Fi). 50) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le banc de formage (3) du tube en acier se compose de deux galets d'entrée, superposés (30, 30'), recevant le ruban d'acier (RA), et dont le galet supérieur (30) a une gorge pour permettre le libre passage des fibres optiques (Fi), ainsi que de deux paires de galets de formage (32, 32', 34, 34'), une paire de galets de préformage (32, 32') suivie d'une paire de galets de mise en forme définitive (34, 34').