Brevet FR2868718A1 — publié le 20051014

- 1 - La présente invention concerne un dispositif de découpe au laser pour détourer, ajourer, poinçonner ou similaire une pièce de tôlerie emboutie obtenue par un outillage de presse. Dans le domaine de l'emboutissage de pièces, on connaît bien des machinesoutils appelées presse à estamper comportant un bâti et des porte-outils supérieur et/ou inférieur supportés par le bâti et logeant respectivement des estampes et/ou des matrices, lesdits porte-outils étant respectivement animés de mouvement de montée et de descente en direction verticale par tout moyen approprié. Les porte-outils supérieurs et inférieurs sont, par exemple, actionnés par une station de travail. Suivant la complexité de la pièce à obtenir, les lignes de production comprennent habituellement trois ou quatre machines-outils qui réalisent chacune les différentes opérations nécessaires à l'obtention de la pièce, telle que le détourage, l'ajourage ou le fentage . Afin d'améliorer les capacités de ces machines-outils automatiques et procurer des trous de formes irrégulières ou larges dans la pièce, on a déjà imaginé d'équiper ces machines-outils de moyens de découpe à plasma; néanmoins, de tels dispositifs de découpe à plasma présentent l'inconvénient de procurer de larges saignées, des bords de coupe grossiers et une déformation de la pièce due à la chaleur du plasma à proximité de la ligne de coupe. Afin de remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé de remplacer ces dispositifs de découpe à plasma par des dispositifs de découpe au laser. C'est le cas, par exemple, du brevet européen EP 0 008 773 concernant une presse à estamper avec une tête de coupe à rayon laser. La tête de coupe au laser est déplaçable verticalement et est supportée par un bras horizontal fixe par rapport au bâti, à la station de travail et à la partie stationnaire de la table de travail de la presse à estamper. La tête de coupe à laser est munie, dans sa partie inférieure, d'une pointe creuse et d'un dispositif optique de focalisation des rayons, ledit dispositif étant déplaçable en direction Code TDI-FR-1 TEXTE DEPOSE - 2 verticale avec la tête de coupe. La tête de coupe au laser est connectée par un guide optique à un générateur de rayons laser positionné dans un endroit éloigné du reste de la presse à estamper de telle manière que le générateur ne soit soumis à aucune vibration. Bien évidemment, la presse à estamper comprend un pupitre de commande permettant de commander alternativement une opération d'estampage et une opération de découpe au laser à partir des commandes automatiques centralisées sur la presse à estamper. Ce type de machine-outil est particulièrement destiné à une production en grande série d'une pièce spécifique, de sorte qu'il présente l'inconvénient d'être difficilement adaptable à la production de pièces différentes. L'un des buts de l'invention est donc de remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif de découpe au laser de conception simple et peu onéreuse et adaptable sur une machine-outil de type presse à estamper permettant d'adapter la découpe en fonction d'un modèle particulier de pièce et de son évolution. A cet effet, et conformément, à l'invention, il est proposé un dispositif de découpe au laser pour détourer, ajourer, poinçonner ou similaire une pièce, ledit dispositif étant constitué d'une tête de découpe laser alimentée par une fibre optique connectée à un générateur d'un faisceau laser remarquable en ce que la tête de découpe laser est solidaire d'un support amovible apte à être solidarisé sur le bâti ou le porte-outil inférieur ou supérieur d'un outillage de presse et comprenant des moyens de commande de la tête de découpe laser indépendants et programmables. On comprend bien que contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, où le dispositif de découpe laser est fixé au bâti de l'outillage de presse, le dispositif de découpe suivant l'invention peut être déplacé et positionné successivement sur différents outillages de presse en fonction des pièces à obtenir. Selon une caractéristique essentielle du dispositif suivant l'invention, les moyens de commande de la tête de Code TDI-FR-7 TEXTE DEPOSE - 3 coupe consistent en une carte électronique solidaire du support de ladite tête de découpe laser et comportant au moins des moyens de stockage, des moyens de traitement et des moyens de réception des données de découpe de la pièce qui sont transmises par un ordinateur de bureau du type PC ou par un second dispositif de découpe conforme à l'invention. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre du dispositif de découpe au laser conforme à l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective du dispositif de découpe au laser suivant l'invention positionné sur le bâti d'un outillage de presse d'une ligne de production, - la figure 2 est une vue en perspective du dispositif de découpe au laser conforme à l'invention, En référence à la figure 1, le dispositif de découpe au laser suivant l'invention est constitué d'une tête de découpe laser 1 solidaire d'un support 2 amovible apte à être solidarisé sur le bâti 3 d'une machine-outil 4 du type presse à estamper dont seul le porte-outil inférieur 5 muni d'une estampe 6 est représentée sur la figure 1. La tête de découpe laser 1 est alimentée par une fibre optique 7 connectée à un générateur d'un faisceau laser 8 positionné dans un endroit suffisamment éloigné de la presse à estamper afin d'empêcher que les vibrations de cette dernière ne soient transmises au générateur de faisceau laser 8, les vibrations étant susceptibles de perturber l'émission des faisceaux lasers et, par conséquent, de perturber la découpe au laser de la pièce. La fibre optique 7 est avantageusement protégée par une gaine en caoutchouc renforcée de trois à cinq couches de fil d'acier suivant la flexibilité nécessaire à la fibre optique 7. Par ailleurs, la fibre optique 7 est, de préférence, fixée à la tête de découpe laser 1 au moyen de connecteurs antiarrachement, non représentés sur la figure 1. Code TDI-FR-1 TEXTE DEPOSE - 4 - Il est bien évident que le support amovible 2 sur lequel est fixée la tête de découpe laser 1 du dispositif suivant l'invention, peut-être positionné sur le porte-outil supérieur et/ou le porte-outil inférieur de la presse à estamper sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Le générateur de faisceau laser 8 consiste, par exemple, en une source laser à barreaux pompés par diode procurant un faisceau laser impulsionnel ou continu. La tête de découpe laser 1 est classiquement constituée d'une lentille de collimation, d'une lentille de focalisation et d'une buse de découpe permettant de concentrer en un seul point dit point de focalisation le faisceau de rayons laser issu du générateur de faisceau laser et transmis à ladite tête de découpe 1 par la fibre optique 7. L'ensemble de l'énergie du faisceau de rayons laser 8 est concentrée sur le point de focalisation permettant ainsi la fusion puis la vaporisation de la matière en ce point. Le support amovible 2 du dispositif de découpe laser suivant l'invention, en référence à la figure 2, est constitué d'un chariot 9 sur lequel est monté la tête de découpe laser 1, ledit chariot 9 coulissant le long de deux rails parallèles 10 s'étendant suivant une première direction X. Le chariot 9 est déplacé suivant les rails 10 de direction X par un moteur électrique 11 entraînant en rotation à l'extrémité de son arbre de sortie un pignon denté coopérant avec une courroie crantée 12 afin d'entraîner en translation le chariot 9 le long desdits rails 10. Le moteur électrique 11 solidaire du support 2, est positionné à proximité des rails 10 du chariot 9 et il est piloté par des moyens de commande 13 qui pilotent également la tête de découpe laser 1 comme il sera détaillé plus loin. Par ailleurs, le chariot 9 coulisse le long de seconds rails 14 s'étendant parallèlement suivant une direction Y orthogonale à la direction X des premiers rails 10, ledit chariot 9 étant entraîné le long de ces seconds rails 14 par un second moteur électrique 15 entraînant en rotation un pignon denté 16 et une courroie Code TDI-FR-1 TEXTE DEPOSE - 5 crantée 17. Ce second moteur électrique 15 est également solidaire du support 2, positionné à proximité des rails du chariot et piloté par les moyens de commande 13. Afin de permettre la découpe de pièces en trois dimensions, le chariot 9 comprend avantageusement une potence 18 s'étendant orthogonalement aux rails 10, 14 suivant les axes X et respectivement Y et le long de laquelle la tête de découpe de laser 1 coulisse par des moyens d'actionnement solidaires du support 2 positionnés à proximité des rails 10, 14 du chariot 9 et pilotés par les moyens de commande 13. Ces moyens d'actionnement consistent, par exemple, en un troisième moteur électrique 19 piloté par les moyens de commande 13 et coopérant avec une crémaillère 20. Les moyens de commande 13 des moteurs électriques 11, 15, 19 d'entraînement du chariot 9 le long des différents axes X, Y et Z du dispositif de découpe consistent en une carte électronique solidaire du support 2 et comportant des moyens de stockage des données 21, des moyens de traitement des données 22 et des moyens de réception des données 23. On entend par données, les paramètres de la découpe de la pièce, à savoir la géométrie de la découpe, la position de la géométrie de la découpe par rapport au volume de la pièce, l'épaisseur de la matière, la présence ou l'absence d'un revêtement sur la pièce, la qualité de coupe, le déclenchement de la découpe par rapport au cycle de la presse à estamper et de la cinématique de l'outillage, etc.... Ces paramètres sont fournis par un ordinateur 24 du type PC muni d'un émetteur hertzien 25 qui transmet par ondes hertziennes lesdites données au récepteur hertzien formant les moyens de réception 23 des moyens de commande 13 qui stockent alors ces paramètres dans les moyens de stockage de données 21 de la carte électronique consistant en des composants électroniques de mémoire, lesdits paramètres étant alors traités par un processeur formant les moyens de traitement 22 qui pilotent alors la tête de découpe laser 1 et les différents moteurs électriques 11, 15, 19 du CodeTDI-FR-1 TEXTE DE POSE - 6 dispositif de découpe. Il est bien évident que la transmission des données peut être effectuée entre l'ordinateur 24 et le dispositif de découpe suivant l'invention par un câble de communication tel qu'un câble RS 232, USB, IEEE 1394 ou parallèle dont les extrémités sont respectivement connectées à l'ordinateur 24 et à la carte électronique formant les moyens de commande 13 du dispositif. De manière particulièrement avantageuse, les moyens de commande 13 comprennent des moyens d'émission 26 des données tels qu'un émetteur hertzien apte à transmettre les données correspondant aux paramètres de découpe de la pièce aux moyens de commande d'un second dispositif de découpe solidaire du bâti 3 de la même machine-outil ou d'une autre machine-outil. Afin d'améliorer l'efficacité de la découpe laser, le dispositif suivant l'invention, en référence aux figures 1 et 2 comprend une buse de projection 27 d'un gaz alimenté par une source de gaz 28 sous pression pilotée par les moyens de commande 13. La buse 27 est connectée à la source de gaz 28 comprimé par un tube flexible 29 qui consiste par exemple en une bouteille d'air comprimé. La buse de projection 27 du gaz sous pression est avantageusement conique et orientée en direction du point de focalisation de la tête de découpe laser 1 afin d'évacuer le métal vaporisé par le faisceau laser. Afin de permettre le réglage de la pression du gaz comprimé, le dispositif comprend avantageusement un obturateur mécanique 30 actionné par un micro-moteur 31 pas à pas piloté par les moyens de commande 13 qui adaptent la pression en fonction de la pression mesurée par un capteur de pression 32 positionné à proximité de ladite buse 27 et connecté aux moyens de commande 13. Par ailleurs, afin d'empêcher tout dépôt de matière sur la tête de découpe laser 1, le dispositif comprend avantageusement une seconde buse 33 de projection d'air comprimé connectée à la source d'air comprimé 28, orientée en direction de la tête de découpe laser 1 et pilotée par CodeTDI-FR-1 TEXTE DEPOSE - 7 les moyens de commande 13. Selon une variante d'exécution, le dispositif peut comprendre avantageusement un obturateur mécanique 34, représenté en traits pointillés sur la figure 2, positionné à la sortie de la tête de découpe laser 1 entre cette dernière et la pièce à découper, et piloté par les moyens de commande 13 afin d'empêcher tout dépôt de matière sur ladite tête de découpe 1 lorsque cette dernière est positionnée sous la pièce à découper. Cet obturateur mécanique 34 est alors actionné par un micro-moteur piloté par les moyens de commande 13 connecté à un capteur de présence 35 de la pièce. Ainsi, le capteur de présence de la pièce à découper permet aux moyens de commande 13 de fermer l'obturateur mécanique 34 afin de protéger la tête de découpe 1 lorsque la pièce est évacuée soit par gravité soit par une assistance mécanique telle qu'un poussoir empêchant ainsi toute chute de déchets sur la tête de découpe 1 lors de l'évacuation de la pièce. On observera que ce capteur de présence 35, qui consiste, par exemple, en un capteur de pression différentiel, un capteur optique ou un capteur électronique, permet également aux moyens de commande 13 d'empêcher tout cycle de découpe au moyen de la tête de découpe laser 1 en l'absence d'une pièce dans la presse à estamper. Il va de soi que le dispositif de découpe laser suivant l'invention peut être fixé de manière amovible sur une pièce fixe telle que le bâti ou sur une pièce mobile telle que le porte-outil inférieur et/ou le porte-outil supérieur d'une machine outil, par tous moyens appropriés tels que des goupilles, de la colle ou similaire. De plus, il est bien évident que plusieurs dispositifs de découpe au laser peuvent être positionnés sur une même machine outil, chacun des dispositifs étant apte à communiquer avec un ou plusieurs autres dispositifs voisins, ces derniers étant tous alimentés par le même générateur de faisceau laser 8. Par ailleurs, le dispositif peut avantageusement comprendre un boîtier de protection coiffant le support 2, Code TDI-FR-1 TEXTE DEPOSE - 8 la tête de découpe 1, le chariot 2, les moyens de commande 13, etc..., ledit boîtier comprenant un jour pour le passage de la tête de découpe 1 et des buses 27, 33. Enfin, il va de soi que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention examinée. Code TDI-FR-1 TEXTE DEPOSE - 9 - REVENDICATIONS 1 - Dispositif de découpe au laser pour détourer, ajourer, poinçonner ou similaire, une pièce, ledit dispositif étant constitué d'une tête de découpe laser (1) alimentée par une fibre optique (7) connectée à un générateur de faisceau laser (8) caractérisé en ce que la tête de découpe laser (1) est solidaire d'un support amovible (2) apte à être solidarisé sur le bâti (3) ou le porte-outil (5) inférieur ou supérieur d'une machine-outil (4) et comprenant des moyens de commande (13) de la tête de découpe laser (1) indépendants et programmables. 2 - Dispositif suivant la revendication précédente caractérisé en ce que le support (2) comporte un chariot (9) portant la tête de découpe laser (1) et coulissant le long de rails (10,14) s'étendant suivant au moins deux axes X et Y par des moyens d'actionnement (11,15) solidaires du support (2), positionnés à proximité des rails (10,14) du chariot (9) et pilotés par les moyens de commande (13). 3 - Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la tête de découpe laser (1) coulisse le long d'une potence (18) s'étendant orthogonalement aux rails (10,14) suivant les axes X et Y par des moyens d'actionnement (19) solidaires du support (2), positionnés à proximité des rails (10,14) du chariot (9) et pilotés par les moyens de commande (13). 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le support (2) comprend au moins un capteur (32,35) connecté aux moyens de commande (13). 5 - Dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le capteur (35) consiste en un capteur de présence de la pièce de manière à interrompre le cycle de découpe en l'absence de pièce dans l'outillage de presse. 6 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la fibre optique (7) est recouverte d'une gaine en caoutchouc. 7 - Dispositif suivant l'une quelconque des Code TDI-FR-1 TEXTE DEPOSE 10 - revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de commande (13) consistent en une carte électronique comportant au moins des moyens de stockage (21), des moyens de traitement (22) et des moyens de réception (23) des données. 8- Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que les moyens de commande (13) comprennent des moyens d'émission (26) de données aptes à transmettre des données au moyens de commande (13) d'un second dispositif de découpe. 9 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le support (2) comprend une buse de projection (27) d'un gaz alimenté par une source de gaz sous pression (28) piloté par les moyens de commande (13). - Dispositif suivant la revendication 9 caractérisé en ce que le gaz consiste en de l'air comprimé. 11 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que la buse de projection est orientée en direction du point de focalisation de la tête de découpe laser (1) afin d'évacuer le métal vaporisé par le faisceau laser. 12 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une seconde buse de projection (33) d'un gaz, alimentée par une source de gaz sous pression (28), pilotée par les moyens de commande (13) et orientée en direction de la tête de découpe laser (1) afin d'empêcher tout dépôt de matière sur ladite tête de découpe laser (1). 13 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la pression du jet de gaz s'échappant de la première buse de projection (27). 14 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un obturateur mécanique (34) positionné à la sortie de la tête de découpe laser (1), entre cette dernière et la pièce à découper, et piloté par les moyens de commande (13). Code TDI-FR-1 TEXTE DEPOSE