Brevet FR2971723A1 — publié le 20120824

L'invention concerne une tête de coupage muni d'un système de détection des chocs éventuels pour machine de coupage de tôle, en particulier de coupage plasma ou laser, ledit système comprenant un élément fragile et électriquement conducteur. Le coupage des tôles métalliques, notamment en acier au carbone, en acier inoxydable, en aluminium ou ses alliages, ou autre, est usuellement opéré au moyen d'une torche de coupage plasma ou laser. Le coupage proprement dit se fait selon des cycles de coupage. Durant chaque cycle, la tête de la torche de coupage se rapproche d'abord de la surface supérieure de la tôle â couper jusqu'à une distance adéquate. Un perçage et/ou un coupage peut alors débuter et se poursuivre selon une ou plusieurs trajectoires de coupe prédéfinies. Après terminaison du coupage, la tête de coupe s'éloigne de la tôle. Les résidus de coupe peuvent alors être évacués et une nouvelle tôle à couper mise en place. Un nouveau cycle peut alors commencer. La commande des déplacements de la torche, l'envoi des gaz de coupe, de contrôle du courant/laser et toutes les autres opérations sont pilotés habituellement par des moyens de pilotage, tel qu'ordinateur, commande numérique (CNC) ou analogue. Le caractère isotrope de la qualité de coupe dans le plan de coupage ou dans l'espace (cas des robots) dépend de l'orthogonalité de la torche de coupage avec la trajectoire de coupe ainsi que de la concentricité des éléments qui constituent la torche comme par exemple entre les buses de coupe/diffuseur et les électrodes ou lentilles de focalisation. Lors d'un cycle de coupage, une collision entre la tête de coupage et la tôle peut provoquer un défaut de centrage ou un dommage de celle-ci. Le coupage sera alors dégradé, notamment la qualité de coupe, voire impossible à exécuter. Or, ces défauts ou dégradation de la qualité de coupe ou cette impossibilité à opérer des coupes correctes sont actuellement détectés après un laps de temps important, ce qui engendre des rebus importants, c'est-à-dire des pièces découpées non conformes aux spécifications requises, des retards et donc des pertes de productivité et cause par ailleurs des surcoûts de production non acceptables au plan industriel. Pour tenter d'y remédier, il a déjà été proposé une torche en deux parties liées entre elles par un système aimanté ou pneumatique. Toutefois, ces solutions sont coûteuses, encombrantes et ne permettent pas d'obtenir un repositionnement suffisamment précis pour certaines applications, en particulier en coupage laser du fait d'une perte du centrage du faisceau dans la buse. Par ailleurs, la détection se doit d'être rapide pour éviter de détériorer le capteur suiveur de profil, généralement de type capacitif, qui en cas de choc, peut être soumis à l'énergie du rayonnement laser. Le problème qui se pose est donc de proposer un système simple permettant une détection instantanée des chocs éventuels se produisant sur la tête de coupage d'une machine automatique de coupage, en particulier plasma ou laser. La solution est alors une tête de coupage, en particulier pour machine de coupage plasma ou laser, comprenant un corps principal auquel est connectée une partie basse munie d'une buse, caractérisée en ce qu'un élément fragile électriquement conducteur est disposé ou intercalé entre le corps principal et la partie basse. Selon le cas, la tête de coupage de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'élément fragile est une pièce fissible, en particulier sécable ou déchirable. - l'élément fragile est en un matériau choisi parmi les matériaux polymères et les céramiques, en particulier le plastique, tel le polyamine 6-6, PA6-6, ou les céramiques usinées. - la buse est une buse de tête de coupe laser ou une tuyère de coupage plasma - l'élément fragile est formé d'un matériau électriquement conducteur ou comprend une zone électriquement conductrice. L'invention concerne aussi une machine de coupage comprenant une tête de coupage selon l'invention en particulier une machine de coupage laser ou de coupage plasma. Selon le cas, la machine de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - l'élément fragile est relié électriquement â une source de courant électrique ou une source de tension de manière â former un circuit électrique incluant ledit élément fragile. - elle comporte en outre un capteur de tension ou courant permettant de détecter toute rupture/ouverture du circuit électrique formé entre l'élément fragile et la source de courant électrique. - elle comporte en outre une poutre mobile sur laquelle est agencée la tête de coupage, de préférence la tête de coupage est elle-même mobile sur la poutre, et des moyens de commande permettant de piloter les déplacements de la poutre et/ou de la tête, de préférence une CNC ou une architecture matérielle â base de CNC, et/ou le déclenchement d'alarme. Par ailleurs, l'invention concerne aussi un procédé de détection d'un choc susceptible de se produire au niveau de la partie basse munie d'une buse d'une tête de coupage selon l'invention agencée sur une machine de coupage selon l'invention, caractérisé en ce que le capteur de tension et ou courant détecte toute rupture/ouverture du circuit électrique formé entre l'élément fragile et la source de courant électrique consécutive â un choc ayant engendré une détérioration de l'élément fragile. De préférence, en cas de détection de rupture de circuit électrique par le capteur, ledit capteur coopère avec les moyens de commande pour déclencher une alarme sonore et/ou visuelle est activée et/ou le cycle de coupage est stoppé. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en référence aux Figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 illustre le principe d'une tête de coupage selon l'invention, - la Figure 2 schématise un choc latéral sur la partie basse de la tête de coupage de la Figure 1, et - la Figure 3 représente un schéma d'un mode de réalisation d'une machine de coupage laser incorporant une tête selon l'invention. La Figure 1 représente une tête de coupage 1 pour machine de coupage laser par exemple selon l'invention, laquelle comprend, de manière classique, un corps principal 3, parfois appelé embase, auquel est connectée ou raccordée une partie basse 4 munie d'une buse 2 formant la partie active de la tête puisque c'est au travers de cette buse 2 que passe le faisceau laser et qu'est éjecté le gaz d'assistance du faisceau, qui servent à découper la tôle 10, par exemple une tôle d'acier au carbone, d'acier inoxydable, d'aluminium ou d'un alliage d'aluminium ou de cuivre. Une telle architecture de tête de coupage est tout à fait classique. Selon l'invention, afin de pouvoir détecter tout choc violent susceptible de se produire au niveau de la partie basse 4 de la tête de coupage, notamment au niveau de la buse, la tête de coupe 1, 2, 3, 4 est dotée d'un élément fragile 5 électriquement conducteur qui est disposé ou intercalé entre le corps principal 3, c'est-à-dire l'embase, et la partie basse 4 de la tête de torche. Dit autrement, le principe de l'invention repose sur un agencement entre le corps principal 2 de la tête 1 et la partie basse 4 portant la buse 2, d'un élément fragile 5, telle une pièce fissible, en particulier sécable ou déchirable, c'est-à-dire un élément fragile 5 comportant une zone de faible résistance ou une zone de pré-rupture apte à et conçue pour se rompre en cas de choc horizontal ou vertical, en particulier en cas de choc orthogonal ou tangent au trajet de coupe, de la partie basse 4 portant la buse 2. L'élément fragile 5 est formé d'un matériau électriquement conducteur ou comprend au moins une zone conductrice électriquement sur laquelle un courant électrique circule en continu lorsque ledit élément conducteur 5 est incorporé au sein d'un circuit électrique alimenté par une source de courant, par exemple le courant secteur ou un générateur de courant. Par exemple, en tant qu'élément fragile 5, on peut utiliser une bande de plastique, ou de céramique sur laquelle est pulvérisé un matériau conducteur adapté, tel que de l'aluminium ou du zinc. Le circuit électrique qui englobe l'élément fragile 5 est, quant â lui, relié â un module d'entrées/sorties déporté ou intégré â l'organe de commande de la machine de coupage, c'est-à-dire la commande numérique, qui détecte la circulation de courant dans le circuit. Comme illustré en Figure 2, en cas de choc latéral (en 12) par exemple contre une tôle, la table de découpe (11) soutenant la tôle â couper ou tout autre élément ou structure, pendant un déplacement (sens de la flèche 13) de la tête 1, l'élément fragile 5 est détérioré et se rompt, ce qui engendre une interruption de la liaison électrique, c'est-à-dire du circuit 7, 8 incluant l'élément fragile 5 au sein duquel circule un courant électrique. Cette interruption de la liaison électrique due â la rupture de l'élément fragile 5 engendre alors une perte du signal électrique qui est détectée par le capteur 6 et l'information est alors transmise électriquement aux moyens de commande 7, telle une CNC. Le signal "collision active" est ainsi généré par un programme automate, le circuit 8 étant dans ce cas relié â un module d'entrées/sorties lui-même relié au support physique sur lequel fonctionne le programme automate, ou directement par le circuit de sécurité électrique, par exemple en reliant en série le circuit 8 â la boucle des "arrêts d'urgence". Les moyens de commande 7 déclenchent alors une alarme sonore ou visuelle, ou les deux, ce qui alerte l'opérateur et lui indique qu'un choc â eu lieu et que des éléments détériorés sont â remplacer. Ce système de détection de choc est efficace, peu encombrant et peu coûteux â mettre 20 en oeuvre. En particulier, il est bien adapté â une utilisation sur une machine de coupage laser ou plasma comme schématisé en Figure 3. On y voit la tête de coupage 1 agencée, de manière mobile, sur une poutre 14 elle-même mobile sur un bâti-support 15 surplombant une table de découpe portant une tôle 10 â couper. 25 Le faisceau laser est généré au sein d'une source laser 16, c'est-à-dire un générateur de faisceau laser, par exemple â fibres d'ytterbium ou analogue, â disques ou plus classiquement de type COz. Une fibre optique 17 de transport de faisceau est connectée â la sortie aval de la source laser 16 de manière â pouvoir recueillir puis véhiculer le faisceau laser généré par la source 30 laser 16 jusqu'à la tête de focalisation 1 positionnée face â la pièce 10 â couper, par exemple une tôle. La connexion de la fibre 17 de transport de faisceau â la source 16 se fait par exemple via un connecteur opto-mécanique permettant d'injecter le faisceau sortant de la source 16 dans la fibre 17 de transport. Ce connecteur est agencé au niveau de la source laser 16 qui est ici une 35 source de type â fibres d'ytterbium. L'ensemble est piloté par des moyens de commande 7 comprenant une CNC, un PC des modules d'entrées/sorties, déportés ou intégrés â la CNC, permettant l'interfaçage avec les capteurs, actionneurs et périphériques de l'installation. Les déplacements de la tête laser 1 sont préférentiellement opérés au moyen 5 d'actionneurs linéaires ou rotatifs, permettant par l'intermédiaire de systèmes numérisés, d'automates et de commandes numériques d'obtenir des formes programmées. La tête de coupage 1 de la présente invention est utilisable non seulement sur les machines laser mais aussi sur les machines de coupage par jet de plasma. REVENDICATIONS1. Tête de coupage (1) comprenant un corps principal (3) auquel est connectée une partie basse (4) munie d'une buse (2), caractérisée en ce qu'un élément fragile (5) électriquement conducteur est disposé ou intercalé entre le corps principal (3) et la partie basse (4). 2. Tête selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément fragile (5) est une pièce fissible, en particulier sécable ou déchirable. 3. Tête selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément fragile (5) est en un matériau choisi parmi les matériaux polymères et les céramiques. 4. Tête selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la buse 15 (2) est une buse de tête de coupe laser ou une tuyère de coupage plasma 5. Tête selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'élément fragile (5) est formé d'un matériau électriquement conducteur ou comprend une zone électriquement conductrice. 6. Machine de coupage comprenant une tête de coupage selon l'une des revendications 1 â 5, en particulier une machine de coupage laser ou de coupage plasma. 7. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que 25 l'élément fragile (5) est relié électriquement â une source de courant électrique ou une source de tension de manière â former un circuit électrique (8, 9) incluant ledit élément fragile (5). 8. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un capteur (6) de tension ou courant permettant de détecter toute 30 rupture/ouverture du circuit électrique (8, 9) formé entre l'élément fragile (5) et la source de courant électrique. 9. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une poutre mobile (14) sur laquelle est agencée la tête de coupage (1), de 20préférence la tête de coupage est elle-même mobile sur la poutre (14), et des moyens de commande (7) permettant de piloter les déplacements de la poutre (14) et/ou de la tête (1). 10. Procédé de détection d'un choc susceptible de se produire au niveau de la partie basse (4) munie d'une buse (2) d'une tête de coupage (1) selon l'une des revendications 1 â 5 agencée sur une machine de coupage selon l'une des revendications 6 â 9, caractérisé en ce que le capteur (6) de tension et ou courant détecte toute rupture/ouverture du circuit (8, 9) électrique formé entre l'élément fragile (5) et la source de courant électrique consécutive â un choc ayant engendré une détérioration de l'élément fragile (5). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'en cas de détection de rupture de circuit électrique (8, 9) par le capteur (6), ledit capteur (6) coopère avec les moyens de commande (7) pour déclencher une alarme sonore et/ou visuelle est activée et/ou le cycle de coupage est stoppé.