Brevet FR2853573A1 — publié le 20041015

Installation de découpage laser de matériau en feuille ou en plaque, notamment de découpage de tôles en continu La présente invention concerne une installation de découpage par laser de tôle en divers matériaux, métalliques ou autres. La technique de découpage par laser des tôles est une technique bien connue, qui met en oeuvre une installation o les tôles à découper sont déposées une par une sur un support approprié, après quoi une torche laser, déplacée par un mécanisme à mouvements croisés piloté par un système informa10 tique, assure un découpage des pièces en suivant des trajectoires de découpage prédéterminées correspondant au contour de ces pièces. Ces appareils assurent le découpage de tôles individuelles, 15 par exemple de format 1000 x 1000 mm ou 1500 x 1000 mm, préalablement redressées pour assurer une bonne planéité, et qui sont posées manuellement ou par un dispositif de manutention automatique sur la table formant le support de découpage. Cette table de découpage est typiquement constituée d'un tapis à picots ou analogue (par exemple une structure alvéolaire), de manière à gêner le moins possible l'opération de découpage de la tôle, en permettant le passage et le recueil 25 des scories de découpage produites pendant cette opération; la tôle repose simplement sur ces picots par son propre poids, sans être autrement maintenue. Les picots sont rattachés en partie inférieure à un support plan et doivent présenter une hauteur suffisante pour que le faisceau laser ne 30 puisse pas interagir avec le support maintenant ces picots et découper ce support (la profondeur ou hauteur d'action du faisceau étant limitée). Un premier inconvénient réside dans le fait que ce tapis à t T 2853573 picots est un élément consommable, car il est soumis à l'action du faisceau laser qui dégrade rapidement les picots. Il est donc nécessaire de changer régulièrement ce support ce qui, outre le coût résultant de la présence d'éléments con5 sommables, réduit d'autant la cadence de production de l'installation. Un autre inconvénient est lié à la récupération et à l'évacuation des pièces découpées qui reposent sur les 10 picots: il arrive en effet souvent que les pièces découpées tombent sur la table de découpage entre les picots, et se mêlent aux scories qui avaient été produites pendant le processus de découpage. L'intervention d'un opérateur est donc nécessaire pour récupérer ces pièces et, lorsqu'elles 15 sont tombées parmi les scories, les nettoyer car elles ne peuvent alors plus être utilisées en l'état. Pour pallier cet inconvénient, il est possible de commander la trajectoire de découpage de manière que les pièces 20 restent fixées à la tôle de base par un ou deux ponts de matière: ceci évite qu'elles ne tombent parmi les scories mais implique encore l'intervention d'un opérateur, pour détacher les pièces et éventuellement les ébarber à l'endroit du pont de matière. D'autre part, lorsqu'une tôle a été complètement découpée, il y a bien sûr la nécessité d'évacuer du support la chute de tôle constituée par le matériau non découpé, ce qui implique également l'intervention d'un opérateur car très 30 souvent des pièces restent coincées dans la chute de tôle, ce qui au surplus interdit un réempilage de ces chutes après découpage. L'un des buts de l'invention est de proposer une installa35 tion de découpage par laser qui élimine l'ensemble de ces inconvénients, permettant de rationaliser le processus de découpage par une automatisation poussée et sans intervention d'un opérateur, si ce n'est pour ajuster les paramètres de découpage et vérifier le bon fonctionnement de la machine. Un autre but de l'invention est de proposer une installation 5 de découpage par laser qui puisse éventuellement opérer en continu, c'est-àdire qui puisse utiliser une tôle sous forme de rouleau au lieu d'utiliser des tôles individuelles chargées une par une dans la machine et découpées de manière discontinue. Un tel mode de fonctionnement en continu permet 10 d'accélérer les cadences de production en évitant les interruptions et temps morts entre les phases de découpage proprement dites. Un autre but encore de l'invention est de proposer une 15 installation qui puisse opérer le découpage de pièces de formes différentes dans une même tôle et ensuite trier et évacuer automatiquement ces pièces en regroupant dans des bacs distincts les pièces identiques. Un autre but encore de l'invention est de proposer une installation qui, après exécution du découpage, puisse évacuer et éliminer automatiquement la chute de tôle, toujours de façon automatique sans interruption de la ligne de production en continu et sans qu'il soit nécessaire de 25 faire appel à un opérateur pour cette opération particulière. À cet effet, l'invention propose une installation comportant, de manière en elle-même connue, un poste de 30 découpage avec: - une torche laser, comprenant des moyens pour produire et projeter verticalement un faisceau laser en un point cible de la section de matériau, 35 - des moyens de positionnement de la section de matériau sous la torche laser, et - un mécanisme à mouvement croisés, apte à déplacer de manière contrôlée la torche dans un plan horizontal selon une première et une seconde directions horizontales de manière à faire décrire au point cible une série de tra5 jectoires de découpage prédéterminées fermées définissant le contour de pièces respectives à découper dans la section de matériau. Un troisième axe vertical se déplace suivant l'épaisseur de la tôle à découper. De façon caractéristique de l'invention: - les moyens de positionnement comportent des moyens de préhension et de retenue de la section de matériau par des bords latéraux de celle-ci, ces moyens étant aptes à 15 laisser essentiellement libre l'espace situé en sous-face du matériau au moins sur l'étendue des trajectoires de découpage, et - le poste de découpage comprend, sous la section de maté20 riau et non en contact avec celle-ci, une palette support présentant une surface de recueil d'au moins une pièce après son découpage, cette surface étant horizontale et son étendue suffisante pour lui permettre de recueillir par gravité et supporter la pièce découpée après exécu25 tion de la trajectoire de découpage par la torche laser, la palette support étant pourvue au droit du point cible d'un orifice de passage du faisceau laser, également apte à laisser échapper les scories générées au point cible 30 pendant le processus de découpage du matériau. Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses - la palette support est une palette mobile, apte à être 35 déplacée en synchronisme avec le déplacement de la torche de manière à maintenir l'orifice de passage en permanence positionné au droit du faisceau laser; - la torche laser et la palette support sont solidaires dans leurs déplacements horizontaux d'un équipage mobile déplacé par le mécanisme à mouvements croisés; - la palette support est une palette basculante entre une première position, conservée pendant la durée du processus de découpage, o la surface de recueil est horizontale pour recevoir et supporter la (les) pièce(s) découpée(s), et une seconde position, après achèvement du pro10 cessus de découpage, o cette surface de recueil est inclinée par rapport à l'horizontale pour verser latéralement ladite (lesdites) pièce(s) découpée(s) vers une zone de récupération située au-dessous de la palette support; - dans ce dernier cas, le poste de découpage peut avantageusement comprendre, dans la zone de récupération, un plateau de récupération et de collecte des pièces découpées, ce plateau étant disposé au-dessous de la palette 20 support basculante de manière à recevoir les pièces successivement découpées après achèvement du processus de découpage lorsque la palette support est basculée à sa seconde position; - ce plateau de récupération et de collecte est de préférence un plateau mobile selon une première direction horizontale pour permettre l'évacuation des pièces découpées après achèvement du processus de découpage; - dans un mode de réalisation particulier, le plateau mobile est apte à être déplacé suivant ladite première direction horizontale en synchronisme avec les déplacements de la torche suivant cette même première direction horizontale, le plateau étant pourvu d'une 35 fente transversale s'étendant selon ladite seconde direction horizontale et formant fente de passage du faisceau laser, également apte à laisser échapper les scories générées au point cible pendant le processus de découpage du matériau; de préférence, le poste de découpage comprend en outre, au-dessous de la palette support et du plateau de récupération, un bac de recueil des scories ayant traversé 5 l'orifice de la palette support et la fente du plateau de récupération; - dans une forme de réalisation avantageuse, le plateau de récupération est un plateau à fond ouvrant, présentant 10 une position fermée, pendant la durée du processus de découpage, o le plateau recueille les pièces successivement découpées, et une position ouverte, après achèvement du processus de découpage, o les pièces découpées recueillies sont évacuées vers une zone de stockage, 15 - lorsque l'installation comprend, en aval du poste de découpage, un poste de tri et de stockage des pièces découpées, le plateau de récupération peut être un plateau mobile apte à opérer le transfert des pièces découpées en20 tre, d'une part, le poste de découpage et, d'autre part, un conteneur sélectivement choisi parmi une pluralité de conteneurs disposés au poste de tri et de stockage; - l'installation peut comporter en outre, en aval du poste 25 de découpage, un poste d'élimination des chutes de matériau subsistant après découpage des pièces. Les enseignements de l'invention sont tout particulièrement applicables au découpage en continu d'un feuillard de tôle 30 en forme de bande continue. L'installation comprend alors, en amont du poste de découpage, un poste de stockage et de débit d'une bande de tôle, apte à alimenter de manière contrôlée le poste de découpage, et les moyens de préhension et de retenue du poste de découpage sont des moyens aptes à 35 être libérés pendant une phase d'avance d'une longueur de bande constituant ladite section de matériau à découper, et activés pendant une phase subséquente de découpage de cette section de matériau. Dans ce dernier cas, on peut prévoir, en amont du poste de découpage, un poste de redressement de la bande de tôle délivrée par le poste de stockage et de débit. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation de l'invention, donné à titre illustratif en référence aux figures annexées, sur lesquelles les mêmes 10 références numériques désignent des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. Sur ces figures: - la figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation de découpage selon l'invention dans une configuration de fonctionnement en continu, montrant les différents postes de cette installation; - la figure 2 montre, plus précisément, le poste de découpage et le poste de tri et de stockage de l'installation de la figure 1, juste après la phase de découpage d'une des pièces par la torche laser; - la figure 3 est homologue de la figure 2, dans une configuration o un ensemble de pièces identiques découpées par la torche laser a été collecté puis est transféré vers un bac de stockage correspondant; - la figure 4 montre schématiquement, en élévation, les différents éléments constituant le poste de découpage de l'installation de l'invention; et - la figure 5 est une vue de dessus, prise selon la ligne 35 V-V de la figure 4, avec arrachement partiel du ruban de tôle afin de montrer les éléments se trouvant en dessous de celui-ci. Sur la figure 1 a été représentée l'installation selon l'invention, qui constitue une ligne de production complète pour découpage laser en continu. On notera préalablement que les enseignements de l'invention peuvent être également appliqués à une ligne de découpage fonctionnant de manière discontinue, c'est-à-dire opérant sur des tôles rectangulaires successivement chargées puis évacuées sur le poste de découpage. Un tel mode opératoire 10 est tout à fait envisageable, bien que l'invention s'applique de façon particulièrement avantageuse à un fonctionnement en continu, comme on le comprendra à la lecture de la description ci-dessous. Les pièces que l'on veut obtenir sont découpées à partir d'un feuillard 10 conditionné sous forme d'un ruban continu de tôle, enroulé pour former une bobine 12 à un poste de stockage et de débit 100 qui déroule la tôle selon un pas et une vitesse programmables. La tôle est ensuite dirigée sur un poste de redressement 200 qui va en assurer la planéité. La tôle est alors dirigée vers le poste de découpage 300, 25 qui sera décrit plus en détail en référence aux figures 2 à 5. La machine est en outre équipée, en aval du poste de découpage, d'un poste de tri et de stockage 400 des pièces fi30 nies, fonctionnant de manière coordonnée avec le poste de découpage 300 de la manière qui sera exposée ci-après. Les différents postes constituant l'installation de l'invention sont pilotés par une armoire de commande commune 500, 35 opérant sous le contrôle d'un micro-ordinateur 600 dans lequel sont notamment mémorisées les formes des pièces, par exemple issues d'un logiciel de CFAO, de manière à commander de manière automatique les déplacements de la torche laser du poste de découpage 300. En référence aux figures 2 à 5, on va maintenant décrire plus en détail les différents éléments constituant le poste 5 de découpage 300 et le poste de tri et de stockage des pièces 400. Plus précisément, le poste de découpage 300, qui reçoit la tôle 10 déroulée et redressée, comporte des moyens pour im10 mobiliser la section de tôle à découper, par exemple un système de pinces 302 (figures 4 et 5) qui viennent saisir le ruban de tôle par la tranche, laissant ainsi libre les deux faces, supérieure et inférieure, de cette tôle 10. L'installation comporte de manière en elle-même connue une torche laser 304, par exemple une torche utilisant un laser de type YAG dont la puissance est adaptée à la profondeur de découpage et à la nature de la tôle à découper: ainsi un laser de 1 000 W permettra un découpage jusqu'à environ 4 mm 20 dans l'acier et un laser de 4 000 W, un découpage jusqu'à environ 15 mm dans l'acier. Cette torche 304 est supportée par une potence 306, ellemême suspendue à une poutre 308 reposant sur des rails d'ex25 trémité 310. L'ensemble potence-poutre forme un mécanisme à mouvements croisés permettant de déplacer à volonté la torche suivant deux directions horizontales X et Y, de manière à faire décrire au faisceau une trajectoire prédéterminée correspondant au contour de la pièce à découper. La position 30 en hauteur de la torche 304 sur la potence 306 peut également être ajustée suivant une direction verticale Z, en fonction des conditions de découpage requises. De façon caractéristique de l'invention, la potence porte 35 également une palette 312, qui se présente sous la forme d'un bras allongé s'étendant dans la direction transversale au ruban de tôle (c'est-à-dire dans la direction Y, le ruban de tôle s'étendant parallèlement à la direction X). Cette palette 312 présente une face supérieure située à faible distance de la sous-face de la section de tôle 10 immobilisée mais non en contact avec celle-ci, et sur une étendue transversale correspondant au moins à la largeur du ruban de tôle 10. Cette palette 312 est destinée à recueillir les pièces une fois découpées qui, sous l'effet de la gravité, vont tomber sur la face supérieure de la palette une fois que le contour 10 de découpage aura été complètement parcouru. Une première particularité de cette palette 312 est la présence d'un orifice 314 situé en permanence dans l'alignement du faisceau laser produit par la torche 304, si bien que ce 15 faisceau ne risque pas d'endommager la palette. L'orifice 314 permet également l'évacuation des scories de découpage qui seront expulsées, au travers de cet orifice, vers l'espace situé en dessous de la palette, o elles seront ensuite récupérées et ne viendront pas se mêler aux pièces décou20 pées, recueillies quant à elles sur la palette 312. Dans la mesure o la palette est solidaire dans ses mouvements de la potence 306 supportant la torche, elle se déplace en synchronisme avec cette dernière et l'orifice 314 reste donc toujours verticalement aligné sur l'axe du faisceau laser. 25 Très avantageusement, la palette 312 est montée sur la potence 306 par l'intermédiaire d'une articulation 316 qui lui permet de basculer entre d'une part, une position de travail (position illustrée sur la figure 3 et en trait plein sur la figure 4) o elle autorise la réception par gravité des pièces découpées, et - d'autre part, une position basculée (position illustrée sur la figure 2 et en tiretés sur la figure 4; la flèche W illustre le basculement de la palette 312), o la pièce (ou la série de pièces) découpée(s) 14 recueillie(s) par la palette peu(ven)t être évacuée(s), par exemple en faisant glisser par gravité les pièces 14 sur un plateau de récupération 318. Le plateau de récupération 318 est avantageusement un plateau mobile, par exemple monté sur un rail longitudinal 320, pour permettre le transfert des pièces recueillies sur ce plateau depuis le poste de découpage 300 jusqu'au poste de tri et de stockage 400. On peut avantageusement prévoir à ce dernier poste une pluralité de conteneurs, 402, 404, 406 correspondant chacun à un type de pièce particulier. Le plateau de récupération 318, après avoir recueilli les pièces d'un même type produi15 tes au poste de découpage 300 (figure 2), se déplacera alors le long du rail 320 jusqu'à se trouver au-dessus de l'un des conteneurs 402, 404 ou 406 (figure 3), correspondant au type des pièces qui viennent d'être découpées et dans lequel il versera la ou les pièces, par exemple avec un fond ouvrant 20 326 commandé par l'armoire de commande 500, assurant ainsi un tri automatique des différentes formes de pièces. Pour éviter qu'il ne soit endommagé par le faisceau laser, et pour éviter également qu'il ne collecte les scories de 25 découpage, le plateau 318 est pourvu d'une fente transversale 322 s'étendant suivant la direction Y; lorsque la torche est déplacée suivant la direction orthogonale X, le plateau de récupération 318 est également déplacé en synchronisme suivant cette même direction (le rail 320 s'étendant 30 parallèlement à X) de manière que la fente 322 soit toujours située au droit de la torche 304. Par ailleurs, les scories de découpage, après avoir traversé l'orifice 314 de la potence 312 et la fente transversale 322 35 du plateau de récupération 318, pourront être collectées dans un bac 324 installé au poste de découpage, sous le plateau de récupération 318. Après découpage d'une pièce ou d'une série de pièces d'un même type et collecte par le plateau de récupération 318 de la manière que l'on vient d'exposer, les pinces 302 de maintien du ruban de tôle sont relâchées pour faire avancer la 5 section de tôle qui vient d'être découpée et amener une nouvelle section, vierge, qui sera immobilisé à son tour pour une nouvelle phase de découpage. La section qui vient d'être découpée (chute ou "squelette") 10 doit être mise au rebut, opération qui peut être réalisée de façon automatique au poste 400. Il est prévu à cette effet un massicot 408 qui, après avance du ruban de tôle, coupe une section de squelette 16 de même 15 longueur qui est ensuite évacuée vers un bac 410 après avoir glissé sur un plan incliné 412. La récupération des chutes peut être ainsi effectuée de façon automatique et rationnelle: en effet, les tronçons suc20 cessifs découpés par le massicot 408 sont nets car dépourvus de scories, donc peuvent être aisément empilés. On notera que l'ensemble du processus de découpage par l'installation de l'invention que l'on vient de décrire peut 25 être piloté de manière automatique et en fonction de données produites par un logiciel de CFAO, ce qui assure une grande souplesse de fabrication: découpage de différents type de pièces sur une même section de tôle, changement de type de pièces d'une fabrication à une autre, changement de forme 30 d'une pièce, etc. La mise en oeuvre de ce procédé ne requiert par ailleurs aucun consommable (à la différence des tapis à picots utilisés jusqu'à présent), et les pièces réalisées sont parfaitement 35 nettes, ne nécessitent aucun ébavurage ou nettoyage, et sont donc directement utilisables. Revendications 1. Installation de découpage par laser d'une section de matériau (10) en feuille ou en plaque, notamment d'une section de tôle, cette installation comportant un poste de découpage (300), avec: - une torche laser (304), comprenant des moyens pour produire et projeter verticalement un faisceau laser en un point cible de la section de matériau, - des moyens de positionnement de la section de matériau sous la torche laser, et - un mécanisme à mouvement croisés (306, 308, 310), apte à déplacer de manière contrôlée la torche dans un plan horizontal selon une première (X) et une seconde (Y) directions horizontales de manière à faire décrire au point cible une série de trajectoires de découpage prédétermi15 nées fermées définissant le contour de pièces respectives à découper dans la section de matériau, installation caractérisée en ce que: - les moyens de positionnement comportent des moyens de préhension et de retenue (302) de la section de matériau 20 (10) par des bords latéraux de celle-ci, ces moyens étant aptes à laisser essentiellement libre l'espace situé en sous-face du matériau au moins sur l'étendue des trajectoires de découpage, et - le poste de découpage comprend, sous la section de maté25 riau et non en contact avec celle-ci, une palette support (312) présentant une surface de recueil d'au moins une pièce après son découpage, cette surface étant horizontale et son étendue suffisante pour lui permettre de recueillir par gravité et supporter la pièce découpée après 30 exécution de la trajectoire de découpage par la torche laser, la palette support (312) étant pourvue au droit du point cible d'un orifice (314) de passage du faisceau laser, également apte à laisser échapper les scories générées au 35 point cible pendant le processus de découpage du matériau. 2. Installation de découpage par laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que la palette support (312) est une palette mobile, apte à être déplacée en synchronisme 5 avec le déplacement de la torche de manière à maintenir l'orifice de passage en permanence positionné au droit du faisceau laser. 3. Installation de découpage par laser selon la revendica10 tion 2, caractérisée en ce que la torche laser (304) et la palette support (312) sont solidaires dans leurs déplacements horizontaux d'un équipage mobile (306) déplacé par le mécanisme à mouvements croisés (306, 308, 310). 4. Installation de découpage par laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que la palette support (312) est une palette basculante entre: - une première position, conservée pendant la durée du processus de découpage, o la surface de recueil est hori20 zontale pour recevoir et supporter la (les) pièce(s) découpée(s), et - une seconde position, après achèvement du processus de découpage, o cette surface de recueil est inclinée par rapport à l'horizontale pour verser latéralement ladite 25 (lesdites) pièce(s) découpée(s) vers une zone de récupération située au-dessous de la palette support. 5. Installation de découpage par laser selon la revendication 4, caractérisée en ce que le poste de découpage (300) 30 comprend en outre, dans ladite zone de récupération, un plateau (318) de récupération et de collecte des pièces découpées, ce plateau étant disposé au-dessous de la palette support basculante (312) de manière à recevoir les pièces successivement découpées après achèvement* du processus de 35 découpage lorsque la palette support est basculée à sa seconde position. 6. Installation de découpage par laser selon la revendication 5, caractérisée en ce que le plateau de récupération et de collecte (318) est un plateau mobile selon une première direction horizontale (X) pour permettre l'évacuation des 5 pièces découpées après achèvement du processus de découpage. 7. Installation de découpage par laser selon la revendication 6, caractérisée en ce que le plateau mobile (318) est apte à être déplacé suivant ladite première direction hori10 zontale (X) en synchronisme avec les déplacements de la torche suivant cette même première direction horizontale, le plateau étant pourvu d'une fente transversale (322) s'étendant selon ladite seconde direction horizontale (Y) et formant fente de passage du faisceau laser, également apte à 15 laisser échapper les scories générées au point cible pendant le processus de découpage du matériau. 8. Installation de découpage par laser selon la revendication 7, caractérisée en ce que le poste de découpage (300) 20 comprend en outre, au-dessous de la palette support (312) et du plateau de récupération (318) , un bac (324) de recueil des scories ayant traversé l'orifice (314) de la palette support (312) et la fente (322) du plateau de récupération (318). 9. Installation de découpage par laser selon la revendication 6, caractérisée en ce que le plateau de récupération (318) est un plateau à fond ouvrant (326), présentant - une position fermée, pendant la durée du processus de dé30 coupage, o le plateau recueille les pièces successivement découpées, et - une position ouverte, après achèvement du processus de découpage, o les pièces découpées recueillies sont évacuées vers une zone de stockage. 35 10. Installation de découpage par laser selon la revendication 5, caractérisée: - en ce que l'installation comporte en outre, en aval du poste de découpage (300), un poste de tri et de stockage des pièces découpées (400) , - et en ce que le plateau de récupération (318) est un pla5 teau mobile apte à opérer le transfert des pièces découpées entre, d'une part, le poste de découpage(300) et, d'autre part, un conteneur (402) sélectivement choisi parmi une pluralité de conteneurs (402, 404, 406) disposés au poste de tri et de stockage (400). 11. Installation de découpage par laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation comporte en outre, en aval du poste de découpage (300), un poste d'élimination des chutes de matériau subsistant après découpage 15 des pièces (410, 412). 12. Installation de découpage par laser selon la revendication 1, caractérisée en ce que, le matériau étant un feuillard de tôle en forme de bande continue: - l'installation comprend en outre, en amont du poste de découpage (300), un poste de stockage et de débit d'une bande de tôle (100), apte à alimenter de manière contrôlée le poste de découpage, et les moyens de préhension et de retenue (302) du poste de 25 découpage sont des moyens aptes à être libérés pendant une phase d'avance d'une longueur de bande constituant ladite section de matériau à découper, et activés pendant une phase subséquente de découpage de cette section de matériau. 13. Installation de découpage par laser selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, en amont du poste de découpage (300), un poste de redressement (200) de la bande de tôle délivrée par le poste de stockage 35 et de débit(100).