Brevet FR2835459A1 — publié le 20030808

précédentes caractérisé(e) en ce que les pièces sont réalisées en alliage de Titane. L' invention concerne un dispo sitif pour usiner de s pièces au moyen d'un laser, en particulier pour couper, perforer, tracer, graver, percer et pourvoir d ' une inscription de s pièces dont le s structures tridimensionnelles ont des dimensions différentes. Elle peut être s appliquce avantageusement aussi pour enlever des couches de ces pieces. Les dispositifs d'usinage au laser d'une pièce sont constitués en principe d'un laser, d'un dispositif pour guider le rayonnement laser vers la pièce et d'un dispositif pour fxer la pièce. Pour les procédés pour o lesquels il faut exécuter un déplacement relatif (avance) entre le rayonnement laser servant d'outil et la pièce (par exemple couper, perforer, enlever), ce déplacement relatif est habituellement assuré par le dispositif de guidage du rayonnement laser, tandis que la pièce est maintenue fixe. is Pour guider le rayonnement laser vers la surface fixe de la pièce, on connaît différents principes de base pour ces dispositifs. En particulier, pour usiner des pièces de grande surface, on connaît de s dispo sitifs dans le squels une tête laser, focalisant le rayon laser, peut être déplacce, au moyen d'un portique, dans un plan, parallèlement à la surface de la pièce. Le rayonnement laser parvient du laser, à travers un bras de miroir articulé, vers la tête laser. L'avantage en est qu'un portique de ce type, dimensionné convenablement grand, peut guider le rayon laser même sur de très grandes surfaces de pièces. Les inconvénients en sont un grand encombrement, la vitesse d'usinage 2s limitée, en particulier en cas de changement fréquent du sens d'usinage ainsi que la possibilité d'utilisation exclusivement pour des surfaces de pièces planes. Egalement pour l'usinage de grandes surfaces de pièces, on connaît des dispositifs dans lesquels une tête laser est placée sur un bras de robot se déplaçant librement dans l'espace. Ici aussi, le rayonnement laser est guidé vers la tête laser par un bras articulé de miroir. Les dimensions de la surface usinable de la pièce sont limitées 2 2835459 uniquement par l'espace libre de déplacement du bras de robot et du bras articulé de miroir. L'inertie du mécanisme du bras de robot et du bras articulé de miroir ne permet aussi qu'une vitesse d'usinage limitée. Pour les deux solutions décrites, il est connu de placer sur la tête s laser une buse à gaz par laquelle un courant de gaz est dirigé sur la surface à usiner, afin d'éviter la formation de flammes qui provoquent des dépôts indésirables de suie ou pour éviter le dépôt d'un matériau fondu en formation. Etant donné que le rayonnement laser sort de la tête laser dans une direction fixe définie et est guidé à une distance o détinie sur ou au-dessus de la surface de la pièce, la buse à gaz est montée sur la tête laser suivant un angle fixe par rapport au rayonnement laser, de manière que le rayonnement laser et le jet de gaz sortant de la buse à gaz soient orientés sur le même point de la surface de la pièce. Pour usiner de petites surfaces planes, on sait employer des unités optiques de déviation des rayons, encore appelées scanner à laser. Le guidage des rayons s'effectue à travers le basculement de . mlrolrs. L'avantage réside dans la grande vitesse qui peut être atteinte et o l'extrême précision de la déviation des rayons. La zone de l'espace réduite sur laquelle peut passer le rayon laser constitue un inconvénient. La combinaison de dispositifs de ce type avec guidage du gaz vers le lieu d'usinage n'est pas connue. Pour le s dispo sitifs avec le squels on doit usiner au laser des s pièces de grande surface et tridimensionnelles, on n'a donc recours dans l'état de la technique qu'à des solutions dans lesquelles le rayonnement laser est guidé au moyen d'un bras articulé de miroir, fixé à un bras de robot, le long de la ligne d'usinage voulue, sur la surface de la pièce. o L' invention a pour but de réaliser un dispositif d'usinage au laser de surfaces tridimensionnelles de pièces dans lequel un courant de gaz est dirigé sur le point d'usinage et qui autorise une vitesse d'usinage 3 2835459 plus rapide, par rapport aux dispositifs classiques, indépendamment de l'étendue et du parcours de la ligne d'usinage. Ce but est atteint avec un dispositif d'usinage au laser de surfaces en trois dimensions de pièces comportant un laser fixe, un s bras articulé de miroir dans la première extrémité duquel est introduit le rayonnement du laser, un bras de robot relié à un robot pour guider la deuxième extrémité du bras articulé du miroir, un dispositif de maintien pour fixer une pièce, au moins une buse à gaz au moyen de laquelle un courant de gaz est dirigé sur la surface de la-pièce, ainsi o qu'un dispositif de commande pour la commande du laser et du bras de robot, en ce qu'il est prévu un scanner à laser qui est fixé au bras de robot et relié au bras articulé de miroir de manière que le rayonnement sortant de la deuxième extrémité du bras articulé du miroir soit introduit dans le scanner à laser, et les buses à gaz sont placces déplaçables sur le scanner à laser de manière à pouvoir être dirigées sur la surface de la pièce, à travers un dispositif d'entrainement des buses à gaz qui est relié au dispositif de commande, afin que le courant de gaz et le rayonnement sortant du scanner à laser par une surface de sortie, se réunissent en un point sur la surface de la pièce. L' invention est décrite ci-aprè s plus en détail dan s un exemple de réalisation et à l'aide d'un dessin. I1 y est montré: Figure 1, un croquis de principe d'une forme de réalisation d'un dispositif. Le dispositif représenté sur la fig. 1 comprend essentiellement un laser 1 monté de manière fixe, un bras de robot 2 qui est fixé à un robot représenté ici uniquement en tant que support fixe, un bras articulé de miroir 3, un scanner à laser 4, un dispositif de commande 5, un dispositif d'entrainement 6 de buses à gaz, au moins une buse à gaz 7 et un dispositif de maintien 8. Parmi les liaisons réciproques représentées des moyens, les lignes pleines épaisses représentent des liaisons mécaniques, les lignes pointillées simples minces représentent des liaisons techniques de signalisation et les lignes pointillées multiples des liaisons optiques. Le laser 1 disposé de manière fixe est relié mécaniquement et optiquement à la première extrémité du bras articulé du miroir dont la deuxième extrémité est en liaison Dixe avec l'extrémité libre du bras de robot 2, lequel sort de la deuxième extrémité du bras articulé de miroir 3 par laquelle le rayonnement, introduit par le laser 1, sort du bras articulé de miroir 3 qui est ainsi librement déplaçable dans l'espace. A l'extrémité libre du bras de robot 2 est placé également le scanner à o laser 4 qui, côté entrce, est accouplé fixement, optiquement et mécaniquement, à la deuxième extrémité du bras articulé de miroir 3. Sur le scanner à laser 4 sont fixés le dispositif d'entraînement 6 des buses à gaz et au moins une buse à gaz. Le laser 1, le bras de robot 2, le scanner à laser 4 et le dispositif d'entraînement 6 des buses à gaz is sont reliés d'un point de vue de la technique de commande au dispositif de commande 5, par une ligne de signaux. Le rayonnement émis par le laser 1 est introduit dans la première extrémité du bras articulé de miroir 3 et sort de celui-ci par la deuxième extrémité, en un point, déterminé par la position spatiale de l'extrémité libre du bras de robot 2, à l'intérieur de l'espace, au- dessus d'une pièce fixce sur le dispositif de maintien 8. A la sortie du bras articulé du miroir 3, le rayonnement est introduit dans le scanner à laser 4 o il peut être dévié, au moyen d'éléments de miroir, autour du point cité, dans deux ou trois directions spatiales. Par une commande coordonnée du bras articulé du miroir 3 et des éléments de miroir du scanner à laser 4 dans leur position spatiale et leur vitesse, on réalise le guidage des rayons voulu pour l'usinage de la pièce. La position des rayons, au moment de l'impact sur la surface de la pièce, est ainsi détermince par une superposition coordonnce des guidages des rayons dans le bras articulé de miroir 3 et dans le scanner à laser 4. Le guidage des rayons dans un bras articulé de miroir 3, ainsi que dans un scanner à laser 4, sont connus de l'homme de l'art dans ses détails. La buse à gaz 7 est 2835459 placce de manière déplaçable sur le scanner à laser 4 et, par le dispositif d'entraînement 6 des buses à gaz, elle suit le rayonnement laser, ce qui fait que la direction d'écoulement du courant de gaz et le rayonnement laser se coupent sur la surface de la pièce à s l'emplacement d'usinage respectif. De manière avantageuse, plusieurs buses à gaz 7 sont placces autour de la surface de sortie du rayonnement laser sur le scanner à laser 4. Par exemple, dans le cas d'un scanner à laser 4 réalisé généralement carré autour de la surface de sortie, les buses à gaz 7 peuvent être placces chacune dans l'un des o quatre angles du scanner à laser. On peut prévoir aussi plus de quatre buses en anneau autour de la surface de sortie. La liaison suivant l'invention d'un bras articulé de miroir 3 et d'un scanner à laser 4 avec un dispositif d'entraînement 6 des buses à gaz et des buses à gaz 7 permet, par leur commande coordonnce, s simultance ou alternative, une amence optimisée du rayonnement laser et du courant de gaz à l'emplacement d'usinage, laquelle dépend de la taille et de la forme de la pièce ainsi que de la taille et du contour de la surface d'usinage (par exemple dans le cas d'un enlèvement de matière) ou de la ligne d'usinage (par exemple dans le cas d'une coupe ou d'une o perforation). Plus le nombre de buses à gaz 7 réparties de manière centrée autour de la surface de sortie est grand, plus le courant de gaz parvient uniformément au point d'usinage. En principe, un dispositif suivant l'invention peut fonctionner s dans trois régimes d'usinage. 1. Le bras de robot 2 déplace le scanner à laser 4 vers une première position d'usinage et reste immobile pendant l'usinage. La surface d'usinage ou la ligne d'usinage n'est usince que par la commande ou la déviation des miroirs dans le scanner à laser 4. Les buses à gaz 7 sont déviées ici, à travers le dispositif d'entraînement 6 des buses à gaz, de manière que le courant de gaz soit orienté vers 6 2835459 l' emplacement d'usinage, c'est-à-dire le point auquel parvient aussi précisément le rayonnement laser. Le bras de robot 2 déplace ensuite le scanner à laser 4 vers une deuxième position d'usinage o la séquence d'usinage se répète, mode s dit "stop and go". Pendant l'usinage, le guidage des rayons sur la surface de la pièce s'effectue exclusivement au moyen du scanner à laser 4. Ce mode est avantageux par exemple pour la coupe de contours perforés. o 2. Le scanner à laser 4 est déplacé en continu par le bras de robot 2, au-dessus de la surface de la pièce, le scanner à laser 4 déviant en outre le rayonnement dans une, deux ou trois directions; mode dit "flying motion". Pendant l'usinage, le guidage des rayons s'effectue donc par une déviation coordonnce, commandée dans le temps et en position, s du bras articulé de miroir 3 et des éléments de miroir du scanner à laser 4. Le guidage spatial (contour d'usinage) et le guidage dans le temps (vitesse d'usinage) du rayonnement laser du rayon laser déplacé à travers le scanner à laser 4, est commandé en fonction de la vitesse de déplacement du bras de robot 2 qui guide le bras articulé de miroir 3. Ce régime d'usinage convient en particulier aux longues lignes d'usinage non rectilignes, par exemple à une ligne sinusoïdale. 3. Le bras de robot 3 est guidé en continu au-dessus de la surface de la pièce et le scanner à laser 4 immobilise le rayon; mode dit "motionless". Le guidage des rayons s'effectue exclusivement à travers le 2s bras de robot 2. Ce régime est prévu en particulier pour l'usinage de contours très longs et grands. Par rapport à un dispositif ne comportant qu'un seul bras de robot pour le guidage des rayons, avec un dispositif suivant l'invention o on peut produire par exemple des cercles d'un diamètre de 10 mm, et au lieu d'une vitesse d'une seconde, à une vitesse de seulement 10 ms. On pent usiner des rectangles de dimensions extérieures 10 mm x mm en 40 ms seulement au lieu de 1,3 s. 8 2835459 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'usinage au laser de surfaces en trois dimensions de pièces, comportant un laser (1) fixe, un bras articulé de miroir dans la première extrémité duquel est introduit le rayonnement du laser (1), un bras de robot (2) relié à un robot pour guider la deuxième extrémité du bras articulé du miroir (3), un dispositif de maintien (8) pour fixer une pièce, au moins une buse à gaz (7) au moyen de laquelle un courant de gaz est dirigé sur la surface de la pièce, ainsi qu'un dispositif de o commande (5) pour la commande du laser (1) et du bras de robot (2), caractérisé en ce qu'il est prévu un scanner à laser (4) qui est fixé au bras de robot (2) et relié au bras articulé de miroir (3) de manière que le rayonnement sortant de la deuxTème extrémité du bras articulé du miroir (3) soit introduit dans le scanner à laser (4), et les buses à gaz (7) sont placces déplaçables sur le scanner à laser (4) de manière à pouvoir être dirigées sur la surface de la pièce, à travers un dispositif d'entraînement (6) des buses à gaz qui est relié au dispositif de commande (5), afin que le courant de gaz et le rayonnement sortant du scanner à laser (4) par une surface de sortie, se réunissent en un point sur la surface de la pièce. 2. Dispositif d'usinage au laser de surfaces en trois dimensions de pièces selon la revendication 1, caractérisé en ce que les buses à gaz (7) sont disposces de manière centrce autour de la surface de sortie. 3. Dispositif d'usinage au laser de surfaces en trois dimensions de pièces selon la revendication 2, caractérisé en ce que les buses à gaz (7) sont disposces en anneau. 4. Dispositif d'usinage au laser de surfaces en trois dimensions de pièces selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une buse à gaz (7) est disposce dans chaque angle d'un scanner à laser (4) réalisé carré autour de la surface de sortie. 9 2835459 5. Dispositif d'usinage au laser de surfaces en trois dimensions de pièces Solon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le contour d'usinage et la vitesse d'usinage du rayonnement laser déplacé sur le scanner à laser (4) est commandé en fonction de la