BR102017014515B1 - Método de processamento a laser de um material metálico, em particular para o corte, a perfuração, ou a soldagem laser do referido material, máquina para trabalho a laser de um material metálico e respectivo suporte - Google Patents

Abstract

PROCEDIMENTO DE TRABALHO LASER DE UM MATERIAL METÁLICO, EM PARTICULAR PARA O CORTE, A PERFURAÇÃO, OU A SOLDAGEM LASER DO REFERIDO MATERIAL, MÁQUINA PARA TRABALHO LASER DE UM MATERIAL METÁLICO E PROGRAMA PARA COMPUTADOR. É descrito um procedimento de trabalho laser de um material metálico mediante um feixe laser focalizado possuindo uma distribuição de potência transversal preestabelecida em correspondente a ao menos um plano de trabalho do material, contemplando as fases de: - predispor uma fonte de emissão de um feixe do laser; - conduzir o feixe do laser ao longo de um percurso óptico de transporte do feixe a uma cabeça de trabalho disposta na proximidade do material; - colimar o feixe do laser ao longo de um eixo óptico de propagação incidente sobre o material; - focalizar o feixe do laser colimado em uma área de um plano de trabalho do material; e - conduzir o feixe do laser focalizado ao longo de uma trajetória de trabalho sobre o material metálico compreendendo uma sucessão de áreas de trabalho, onde o feixe do laser é conformado: - refletindo o feixe colimado mediante um elemento reflexivo deformável de superfície controlada possuindo diversas áreas de reflexão independentes movimentáveis, e - controlando a disposição das áreas de reflexão para (...).

Description

[001] A presente invenção diz respeito ao trabalho a laser em um material metálico, de uma maneira mais específica um método de processamento a laser para o corte, a perfuração ou a soldagem do referido material, da forma como é especificada no preâmbulo de reivindicação independente 1.

[002] De acordo com aspectos adicionais, a presente invenção diz respeito a uma máquina para o trabalho a laser de um material metálico que está predisposta para efetuar a atuação do método de processamento a laser, e um suporte compreendendo um conjunto de instruções que quando executadas realizam o método supracitado quando o conjunto de instruções é executado a partir de meios de elaboração eletrônicos.

[003] Na descrição e nas reivindicações que se seguem, o termo “material metálico” é utilizado para individuar um manufaturado metálico qualquer, tal como uma chapa, um perfil alongado o qual possui seção transversal indiferentemente fechada - como por exemplo a circular, a retangular ou a quadrada fechada, ou aberta - como no exemplo de uma seção com a forma de L, C, U, etc.

[004] Nos processos de trabalho industrial dos metais, ou de perfis e perfilados metálicos de uma forma em particular, o laser é utilizado como utensílio térmico para uma grande variedade de aplicações que dependem de parâmetros de interação do feixe do laser com o material de trabalho, de uma forma mais específica com a densidade de energia por volume de incidência do feixe do laser sobre o material, e do intervalo de tempo em que ocorre essa interação.

[005] Por exemplo, endereçando uma densidade baixa de energia (da ordem de dezenas de W por mm2 de superfície) por um tempo prolongado (da ordem de segundos) se efetua um processo de têmpera, enquanto que uso de uma densidade elevada de energia (da ordem de dezenas de MW por mm2 de superfície) por um tempo da ordem dos femtossegundos ou dos picosegundos se realiza um processo de foto-ablação. Na faixa intermediária de densidade de energia crescente e de tempo de trabalho decrescente o controle destes parâmetros permite com que se executem os processos de soldagem, corte, perfuração, incisão e marcação.

[006] Em muitos processos, entre os quais os processos de trabalho para a perfuração e o corte, é necessário que se aporte um fluxo de gás auxiliar em correspondência a região de trabalho na qual ocorre a interação entre o feixe do laser e o material, o qual tem funções mecânicas com a movimentação do material fundido, ou então funções químicas de auxílio a combustão, ou ainda funções tecnológicas de proteção ao ambiente circundante a região aonde o trabalho está ocorrendo.

[007] No setor de trabalho a laser dos materiais metálicos, o corte, a perfuração e a soldagem são trabalhos que são feitos por uma mesma máquina, a qual é capaz de gerar um feixe de laser de alta potência o qual possui a capacidade de distribuição da potência transversal em correspondência com pelo menos um plano de trabalho do material metálico, de uma forma típica com um feixe do laser que tem a potência compreendida entre 1 e 10.000 kW/mm2, e que dirige a direção e a posição de incidência do feixe do laser ao longo do material. A diferença entre os diversos tipos de trabalho que podem ser executados sobre um material é substancialmente definido pela potência do feixe do laser que é empregado e ao tempo da interação entre o feixe do laser e o material que está sendo submetido ao trabalho.

[008] Máquinas para o trabalho a laser de acordo com a técnica de conhecimento são mostradas nas figuras 1 e 2.

[009] Na figura 1 é mostrada uma máquina para trabalhos industriais com laser por CO2 com o percurso óptico do feixe do laser no ar, a qual contém uma fonte de emissão 10, a qual é composta por um dispositivo gerador de laser por CO2, e capaz de emitir um feixe do laser monomodal ou multimodal B, e diversos espelhos de reflexão 12a, 12b, 12c e capazes de conduzir o feixe do laser emitido a partir da fonte de emissão ao longo de um percurso de transporte óptico do feixe do laser em direção a uma cabeça de trabalho indicada em sua totalidade com o 14 disposta na proximidade de um material WP. A cabeça de trabalho 14 contém um sistema óptico de focalização 16 do feixe do laser, geralmente constituído de uma lente de focalização, capaz de focalizar o feixe do laser ao longo de um eixo óptico de propagação incidente sobre o material metálico. Um bocal 18 é disposto abaixo da lente de focalização e é atravessada pelo feixe do laser diretamente em direção a uma área de um plano de trabalho de trabalho do material. O bocal é capaz de dirigir um feixe do gás auxiliar injetado por um dispositivo correspondente o qual não é representado em direção a área de trabalho sobre o material. O gás auxiliar é empregado para controlar a execução de um processo de trabalho além do que a qualidade do trabalho que pode ser obtida. Por exemplo, o gás auxiliar pode conter oxigênio, o que favorece uma reação exotérmica com o metal, permitindo com que a velocidade do corte seja aumentada, ou então um gás inerte como o nitrogênio que não contribui para o processo de fusão do material, mas protege o material da oxidação indesejável das bordas dos perfis de trabalho, protege a cabeça de trabalho de eventuais marcas do material fundido e pode ser, além de tudo, empregado para a refrigeração dos lados do sulco produzido sobre o material, confinando a extensão da zona de alteração térmica.

[0010] Na figura 2 é mostrada de forma esquemática uma máquina para trabalhos industriais com o feixe do laser sendo transportado por meio de uma fibra óptica. Essa contém uma fonte de emissão 10, que é um dispositivo a laser capaz de emitir um feixe do laser para uma fibra de transporte, por exemplo um laser com a fibra dopada com itérbio, ou então um laser de diodo direto, capaz de emitir um feixe do laser monomodal ou multimodal, e um cavo de fibra óptica 12d capaz de conduzir o feixe do laser emitido a partir da fonte de emissão em direção da cabeça de trabalho 14 disposta na proximidade do material M. À cabeça de trabalho, o feixe do laser que emerge da fibra óptica com a sua própria divergência controlada é colimado por meio de um sistema dióptrico de colimação 20 e refletido por um sistema catóptrico 22 antes de ser focalizado através de um sistema óptico de focalização 16, geralmente constituído por uma lente de focalização, ao longo de um eixo óptico de propagação incidente sobre o material WP que atravessa o bocal de emissão 18.

[0011] Na figura 3 é exemplificada uma cabeça de trabalho 14 de acordo com a técnica conhecida. Em 30 é representado um canal tubular o qual possui uma seção de forma cilíndrica ou cônica através do qual é transmitido o feixe do laser, indicado como B. O feixe do laser B gerado a partir da fonte de emissão 10 e transportado para a cabeça de trabalho através do percurso óptico no ar por reflexão, ou então por fibra óptica, incide colimado sobre um elemento refletor defletor 32 que deflete o eixo óptico de propagação em uma direção de incidência sobre o material de trabalho. O sistema óptico de focalização 16 é intermediário entre o elemento refletor defletor 32 e um vidro de proteção 34 disposto abaixo, capaz de reparar o sistema de focalização de eventuais marcas do material fundido, e contém uma porta lente 36 ao qual estão acoplados mecanismos de regulagem mecânica 38 para o ajuste do posicionamento da lente transversal a direção de propagação do feixe (eixos X-Y) e na direção de propagação do feixe (eixo Z).

[0012] O tratamento óptico ao qual o feixe do laser é submetido na testa de trabalho é esquematizado por meio das figuras 4 e 5.

[0013] O feixe do laser B proveniente de uma fonte de emissão S, através de um percurso de transporte óptico em espaço livre ou em uma fibra óptica atinge a cabeça de trabalho com uma divergência predeterminada. Um sistema óptico de colimação, representado na figura 4 pela lente C permite colimar o feixe do laser B encaminhando-o através de um sistema óptico de focalização disposto abaixo, representado pela lente F, capaz de produzir um feixe do laser focalizado. Em uma primeira aproximação, um feixe de laser ideal, ou seja, um feixe de laser idealmente colimado em raios paralelos, abaixo de um sistema óptico de focalização se concentra em um ponto focal de acordo com as leis da óptica geométrica. As leis físicas da difração indicam, porém que o feixe de laser, mesmo na sua melhor configuração de colimação e focalização apresenta abaixo do sistema óptico de focalização um ponto de focalização de dimensões finitas em correspondência ao próprio foco (waist). Isto é representado na figura 4 pela região indicada como W, a qual corresponde a uma área de focalização do feixe B. Geralmente, nos empregos dedicados ao trabalho industrial, o plano de trabalho de um material coincide com o plano transversal de correspondência do foco (waist) do feixe.

[0014] Na figura 5 é mostrada a distribuição da densidade da potência de um feixe do laser normalmente colimado, que é tipicamente de forma gaussiana com simetria rotacional no caso do feixe monomodal, ou seja, com a potência concentrada na região em torno do eixo longitudinal do feixe (eixo Z) e assim decrescente ao longo de uma área periférica, ou mesmo que se descreve como o envelope dos perfis gaussianos com a simetria rotacional no caso do feixe multimodal.

[0015] O uso de feixes de radiação laser monomodal ou multimodal que podem ser descritos em uma primeira aproximação como sendo gaussianos, nos campos das aplicações a laser de alta potência, responde a uma exigência tecnológica de controle. De fato, um feixe gaussiano é facilmente descrito por meio de poucos parâmetros, e é facilmente controlável em sua propagação ao longo de um percurso óptico de transporte a partir de uma fonte de emissão até a cabeça de trabalho de uma máquina de trabalho porque contempla a característica de se propagar sem que modifique a distribuição da potência, para a qual é descritível através de um valor de raio e de um valor de divergência em condições de propagação em um campo distante (no caso se pode utilizar uma aproximação de óptica geométrica). Nas condições de propagação em um campo vizinho do feixe focalizado, ao longo de uma trajetória de trabalho onde a aproximação da geometria óptica não tem mais valor, o feixe mantém, entretanto, a forma gaussiana da distribuição de potência em todos os pontos de sua seção transversal.

[0016] Por estes motivos, no campo do trabalho a laser, sempre foi exigido o controle da propagação do feixe do laser com a finalidade que este apresente uma distribuição transversal de potência de uma forma gaussiana (ou aproximadamente gaussiana) e de se estabelecer de uma vez por todas a posição recíproca do eixo óptico de propagação do feixe do laser com relação ao eixo de baricentro do fluxo do gás auxiliar.

[0017] Na técnica conhecida foram desenvolvidas várias soluções capazes de assegurar uma estabilidade (se não, aliás, uma rigidez) de posicionamento entre o eixo óptico de propagação do feixe do laser e o eixo de descarga do gás auxiliar, e esta geralmente prevê a coincidência dos dois eixos. A regra do posicionamento recíproco entre o eixo óptico de propagação do feixe do laser e o eixo do fluxo do gás auxiliar é feito pela técnica conhecida por meio de um procedimento mecânico de centralização efetuado manualmente por um operador no momento dos ajustes periódicos da (cabeça de trabalho da) máquina, como por exemplo, quando se faz necessário a troca do bocal por causa do desgaste. Tal procedimento mecânico de centralização exige diversas regulagens mecânicas sensíveis, como por exemplo o acionamento por meio de mecanismos de algum parafuso de ajuste do espelho defletor ou sobre as lentes de colimação ou de focalização, para que se regule a inclinação e a centralização do sistema óptico de propagação do feixe do laser com relação ao posicionamento do bocal sobre a cabeça.

[0018] Esta escolha de projeto, que no caso do feixe puramente monomodal com relação a simetria de rotação do feixe e do gás auxiliar, é ditada respectivamente pela distribuição gaussiana da potência do feixe do laser e da seção circular da boca do bocal de descarga do gás auxiliar, permite com que se garanta a isotropia do comportamento de cada processo de trabalho (o corte, a soldagem, etc.) com relação as direções que o trabalho pode tomar.

[0019] A isotropia do processo com relação as trajetórias de trabalho sobre o material sempre foi tida como vantajosa onde quer que um processo de trabalho a laser seja controlado por meios eletrônicos de elaboração de acordo com os percursos geométricos quaisquer que sejam predefinidos em sistemas de CAD / CAM.

[0020] É opinião disseminada que um sistema fisicamente “desbalanceado” ou sem a simetria rotacional nos pontos de incidência do feixe do laser e do gás auxiliar sobre o material implica em complexidade e dificuldade no controle das trajetórias de trabalho, ou então que os resultados do trabalho tenham qualidade inferior.

[0021] A presente invenção tem como objetivo o escopo de fornecer um método de processamento a laser com desempenho melhorado, quer seja em termos de velocidade de operação, quer seja na qualidade dos resultados, quer seja na economia dos processos.

[0022] Como escopo adicional da presente invenção está aquele de fornecer um método de processamento a laser que seja controlável em tempo real para que se obtenham os resultados de trabalho precisos em cada condição de operação, atuável sem acrescer o inconveniente das máquinas atuais.

[0023] De acordo com a presente invenção tais escopos são obtidos graças a um método de processamento a laser de um material metálico que possui as características definidas por meio da reivindicação 1.

[0024] Formas particulares de realização formam parte do objeto das reivindicações dependentes, as quais o conteúdo deve ser entendido como parte integral da presente descrição.

[0025] Faz parte como objeto adicional da presente invenção uma máquina para o trabalho a laser de um material metálico e um suporte, da forma como é reivindicado.

[0026] Em resumo, a presente invenção desenha como inspiração a consideração que um rompimento da simetria de rotação do conjunto do feixe do laser e do fluxo do gás auxiliar, ou seja, o afastamento da condição de coincidência entre os eixos de propagação da radiação do laser e o eixo de emissão do fluxo do gás auxiliar pode permitir com que se obtenham desempenhos melhorados, quer seja em termos de velocidade, quer seja em qualidade e economia do processo de trabalho, tomadas como base as mesmas condições.

[0027] Diferentes podem ser as modalidades de aplicação e desfrutamento do rompimento da simetria de rotação, e de uma forma em particular tais modificações compreendem uma modificação estática da posição do eixo óptico do feixe do laser de trabalho com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar, e uma mudança dinâmica ou em regime de “feixe aparente” da posição do eixo óptico do feixe do laser de trabalho com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar.

[0028] No caso de modificação “estática”, a posição relativa do eixo óptico do feixe do laser com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar (a distância, o ângulo com relação a uma direção local de avanço ao longo da trajetória de trabalho, que é assumida como direção de referência) é fixa, ou então variada com uma velocidade relativa confrontável (ou seja, com a mesma ordem de grandeza) com a velocidade do processo de trabalho.

[0029] Em conseqüência de um desbalanceamento da posição do eixo óptico do feixe do laser, adiantado com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar na direção da translação do assim referido fluxo do gás auxiliar (ou seja, na área de incidência do eixo de simetria do fluxo de gás sobre a superfície do material que está sendo trabalhado no caso de processo de corte) consegue-se um desempenho melhor nos termos da velocidade do processo. Tal desbalanceamento de fato gera uma área de sulco fundido que é atacada pelo fluxo do gás auxiliar, que é maior com relação ao caso simétrico de coincidência dos eixos. Em outros termos, a incidência do feixe do laser sobre o material à frente com relação ao fluxo do gás permite um fornecimento de gás em pressão inferior, na mesma velocidade com relação ao caso simétrico de coincidência com os eixos, garantindo um menor consumo de gás, proporcional a menor pressão.

[0030] No caso de alteração “dinâmica” ou regime de “feixe aparente”, a posição relativa do eixo óptico do feixe do laser com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar (a distância, o ângulo com relação a uma direção local de progresso ao longo da trajetória de trabalho, assumida como direção de referência) é variada com uma velocidade relativa de pelo menos uma ordem de grandeza superior com relação a velocidade de avanço do processo de trabalho. O eixo óptico do feixe do laser é controlado em um movimento periódico com relação ao eixo do fluxo do gás auxiliar em uma freqüência de movimento de campos ao redor predeterminada, para que se faça seja o processo de trabalho sobre o material, em uma escala de frequência de uma ordem de grandeza inferior com relação a freqüência de movimento em volta, um feixe aparente que é descrito pelo envelopamento do movimento do feixe.

[0031] Em conseqüência de um movimento de oscilação do eixo óptico de avanço e retrocesso com relação a direção de propagação do eixo do fluxo do gás auxiliar, determina- se por exemplo, um feixe aparente de forma quase elíptica alongada, o que permite uma melhor iluminação do sulco fundido, ou seja, uma iluminação que perdura por mais tempo no sulco a qual, por sua vez permite uma maior absorção da radiação por parte do material na direção da propagação. Esta técnica permite tanto a economia de energia elétrica, porque aumenta o desempenho por watt de potência do feixe do laser, seja a economia do gás auxiliar, porque permite que se mantenha o material em condições menos viscosas com relação a técnica conhecida, motivo pelo qual é possível expulsar o material fundido para fora do sulco com o uso de menor pressão do gás auxiliar.

[0032] De outra forma, como conseqüência de um movimento de oscilação circular do eixo óptico ou seja do baricentro de distribuição da potência do laser em torno ao eixo do fluxo do gás auxiliar, se define, por exemplo, um feixe aparentemente circular, o que permite com que cresça o diâmetro (aparente) da distribuição de potência do feixe do laser, e portanto, de se obter um afluxo mais adequado do gás auxiliar à parte interna do sulco, nas mesmas condições de pressão.

[0033] De acordo com a presente invenção, a aplicação das considerações acima mencionadas aos sistemas da técnica que é de conhecimento atual é obtida realizando um controle eficiente da posição do eixo óptico do feixe do laser de trabalho com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar por meio de um controle da conformação do feixe do laser em tempo real, ou seja, por meio de uma modificação da distribuição da potência transversal do feixe do laser que preserva substancialmente a forma e o diâmetro efetivo do feixe.

[0034] A presente invenção se fundamenta sobre o princípio de se utilizar um sistema óptico por deformação controlada, por si conhecido em aplicações científicas para o tratamento de sinais ópticos (e, portanto, de radiação óptica a baixíssima potência), para conformar o feixe do laser a uma elevada densidade de potência para aplicações industriais.

[0035] A aplicação de um sistema óptico por deformação controlada em um sistema óptico de transporte do feixe do laser permite que se amplie a variedade de conformações do feixe do laser que se obtém de uma forma que pode ser rapidamente modificada, e que se regule com extrema precisão a posição recíproca entre o eixo de propagação da radiação laser e o eixo de descarga do gás auxiliar, e em conseqüência que se obtenha melhor desempenho nos processos de trabalho ou de atuar de forma que inova nos procedimentos de trabalho.

[0036] De uma forma vantajosa, o método que é o objeto da presente invenção permite com que se encaminhe o feixe do laser ao centro da região de afluxo do gás auxiliar com precisão otimizada, evitando a necessidade de se fazer regulagens mecânicas de precisão por meio de intervenção do operador no local de configuração da máquina para um trabalho predeterminado.

[0037] Ainda mais vantajoso, o método que é o objeto da presente invenção permite com que se controle a posição do eixo óptico do feixe do laser de acordo com uma realização espacial predefinida no que diz respeito ao eixo do fluxo do gás auxiliar, que não é necessariamente uma posição alinhada coaxialmente, com um tempo de ajuste rápido de tal forma que tal controle de posição não só possa ser executado como “ajuste preparativo” em vista do ciclo de trabalho, mas que também possa ser atuado em tempo real no curso do método de processamento, de tal forma que controle a posição recíproca desejada entre o eixo óptico do feixe do laser e o eixo do fluxo do gás auxiliar ao longo da trajetória de trabalho sobre o material.

[0038] Em outras palavras, o método que é o objeto da presente invenção permite com que se define de forma automática e que se mantenha uma predeterminada estratégia de posicionamento recíproco entre o eixo óptico do feixe do laser e o eixo do fluxo do gás auxiliar no decorrer de um processo de trabalho, por exemplo, controlando de forma instantânea a posição do eixo óptico do feixe do laser a uma predeterminada distância do eixo do fluxo do gás auxiliar e a uma direção angular predeterminada com relação a direção momentânea da trajetória de trabalho (a direção de progresso do processo).

[0039] O método que é o objeto da presente invenção permite além de definir de forma automática uma estratégia variável de posicionamento recíproco entre o eixo óptico do feixe do laser e o eixo do fluxo do gás auxiliar no decorrer de um processo de trabalho, por exemplo em função da posição espacial da área de trabalho sobre o material ao longo de uma trajetória de trabalho predeterminada ou em função de outros parâmetros, tais quais por exemplo, as variações de velocidade de avanço ao longo da trajetória de trabalho, as variações de espessura do material de trabalho, as variações do ângulo de incidência do gás auxiliar com relação ao material que está sendo trabalhado.

[0040] Variações de velocidade de progresso ao longo da trajetória de trabalho derivam das paradas necessárias dos diversos eixos de controle mecânico da cabeça de trabalho e que contribuem para a definição da própria trajetória, por exemplo, por causa da inversão da direção de orientação da cabeça, que é precedida de uma desaceleração até a parada e na seqüência a sucessiva aceleração, seja no caso de um processo de corte, quer seja em um de soldagem.

[0041] Variações da espessura do material de trabalho, conhecidas e esperadas, requerem não somente uma correspondência de velocidade de progresso e o posicionamento do ponto focal à parte interna do próprio material diferentes em função da espessura, mas podem exigir também uma modalidade diferente de modificação da simetria de rotação, ou seja, uma mudança “estática” ou mesmo “dinâmica”, da posição do eixo óptico do feixe do laser de trabalho com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar em função da referida espessura.

[0042] Infinitas variações do ângulo de incidência do gás auxiliar com relação a superfície do material de trabalho requerem uma diferente distribuição da potência laser em torno do eixo do fluxo do gás auxiliar para que se melhore o desempenho do corte, garantindo um processo mais estável devido, por exemplo, a um sulco mais largo ou uma melhor adução do gás auxiliar.

[0043] O controle da posição recíproca entre o eixo de propagação da radiação laser e o eixo de descarga do gás auxiliar é atuado de acordo com a presente invenção por meio de um controle da distribuição da potência transversal do feixe do laser em uma área do plano de trabalho sobre o material metálico, em uma região do arredor predeterminada do eixo do fluxo do gás auxiliar que define a zona de fornecimento do referido fluxo. A zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar - que representa o campo volumétrico de ação do método de controle que é objeto da presente invenção - é identificável como “volume de comparação” do bocal de uma cabeça de trabalho - bocal que normalmente apresenta uma boca a qual o diâmetro se encontra entre 1 mm e 3,5 mm e apresenta dimensões típicas de um tronco de cone com a altura entre 6 mm a 20 mm, a base menor (em correspondência ao bocal) de diâmetros equivalentes ao diâmetro da boca engrandecido de 1 mm a 3 mm, e a base maior a qual a dimensão característica é função da altura do volume do tronco cônico e do ângulo de inclinação da reta geradora, que se encontra normalmente entre 15 graus e 30 graus. Convenientemente, o volume do bocal é o mais reduzido possível, e este apresenta um aspecto o mais delgado possível, de tal forma a poder operar também no interior da concavidade das superfícies que tenham que ser trabalhadas.

[0044] De forma vantajosa, o controle automático atuado pelo método que é objeto da presente invenção pode ser realizado em tempo real com freqüências operacionais compreendidas entre 100 Hz e 10 kHz.

[0045] Um sistema de controle capaz de realizar o método que é objeto da presente invenção se distingue com vantagem dos sistemas da técnica que é de conhecimento, porque se integra com a cabeça de trabalho, ou seja, é independente da geração do feixe do laser e de seu transporte até a cabeça de trabalho.

[0046] Além do mais, ao contrário das soluções conhecidas de configuração ou procedimentos para se colocar em uma máquina para um processo em específico, na qual o posicionamento do feixe óptico com relação ao fluxo do gás auxiliar é regulável por força de uma intervenção manual de um operador, o na qual a modificação da direção de incidência do feixe óptico é atuada de acordo com uma lógica predefinida, como é o caso na técnica de wobbling, mediante a qual uma oscilação em alta dinâmica é programada no local de regulagens de um programa de trabalho é repetida ao eixo óptico de propagação do feixe do laser no decorrer de todo o trabalho, o método que é objeto da presente invenção permite com que se controle de forma eficiente em tempo real a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser em função da localização do feixe do laser ao longo de uma trajetória de trabalho, para a qual é possível modificar a trajetória da posição recíproca entre o eixo óptico de propagação do feixe óptico e o eixo do fluxo do gás auxiliar de forma pontual dependendo das condições de trabalho programadas que recorrem em uma correspondência de posições predeterminadas ao longo da trajetória de trabalho. Tais condições de trabalho programadas incluindo, a título puramente de exemplo, mas não limitante, a posição de trabalho do momento (ou, mais em geral) a área do plano de trabalho corrente) ao longo de uma trajetória de trabalho predeterminada e/ou a direção atual da trajetória de trabalho sobre o material e/ou a direção de translação atual do eixo do fluxo do gás auxiliar.

[0047] Características adicionais e vantagens da presente invenção serão expostas de forma mais detalhada na descrição detalhada que se segue de uma forma de realização, dada a título de exemplo não limitativo, com referência aos desenhos que se encontram em anexo, nos quais: - as figuras 1 e 2 são exemplos de máquinas para o trabalho a laser de acordo com a técnica que é conhecida; - a figura 3 mostra um exemplo de uma estrutura de uma cabeça de trabalho de uma máquina laser de acordo com a técnica que é conhecida; - as figuras 4 e 5 mostram uma representação esquemática da conformação de um feixe de laser para aplicações de trabalhos industriais de materiais metálicos de acordo com a técnica que é conhecida; - a figura 6 é um esquema de um percurso óptico de um feixe de laser em uma cabeça de trabalho capaz de realizar o método que é objeto da presente invenção; - a figura 7 é uma representação esquemática de um elemento refletor de superfície controlada para a conformação do feixe óptico para a atuação do método que é objeto da presente invenção; - a figura 8 é um diagrama de blocos de uma controladora eletrônica de uma máquina para o trabalho a laser, capaz de executar um método de processamento de acordo com a presente invenção; e - a figura 9 é uma representação esquemática de um exemplo de trabalho de acordo com o método de processamento da presente invenção.

[0048] As figuras de 1 a 5 foram descritas em precedência com referência a técnica que é de conhecimento, e o seu conteúdo tem como intenção enquanto aqui trazidos enquanto que sendo comuns a execução de uma máquina de trabalho controlada para atuar em um método de processamento de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

[0049] Um percurso óptico de um feixe de laser na cabeça de trabalho de uma máquina para o trabalho a laser de materiais metálicos de acordo com a presente invenção é esquematizado pela figura 6.

[0050] O sistema óptico da figura 6 contém um dispositivo de entrada 100 de um feixe do laser B, o qual está por exemplo à extremidade de um cabo de fibra óptica ou de um sistema óptico de coleta de um feixe propagado de uma fonte de emissão ao longo de um percurso óptico no espaço livre, da qual o feixe do laser B emerge com uma divergência que é predeterminada.

[0051] Abaixo do dispositivo de entrada 100 está disposto um sistema óptico de colimação 120 (tipicamente uma lente de colimação para a cabeça de trabalho de uma máquina de corte laser apresenta um foco de 50 mm a 150 mm), abaixo do qual o feixe do laser colimado é conduzido em direção a um sistema óptico de focalização 140, por exemplo, uma lente de focalização (tipicamente uma lente de focalização para uma cabeça de trabalho de uma máquina de corte laser apresenta um foco de 100 mm a 250 mm), predisposto para focalizar o feixe sobre um plano de trabalho n através de uma tela ou vidro de proteção 160.

[0052] No percurso óptico entre o sistema óptico de colimação 120 e o sistema óptico de focalização 140 encontram-se interpostos meios ópticos de conformação do feixe 180.

[0053] De uma forma particular, com relação ao esquema do percurso óptico de um feixe do laser que é mostrado pela figura 6, a presente invenção diz respeito à realização dos meios ópticos de conformação do feixe do laser 180 e ao controle dos referidos meios de realização para se obter uma distribuição de potência transversal do feixe do laser de forma controlada em correspondência a um plano predeterminado de trabalho do material, Na figura os meios ópticos de conformação do feixe do laser 180 são mostrados em uma arquitetura de realização exemplar, na qual estão dispostos com o próprio eixo de simetria a 45° com relação a direção de propagação do feixe.

[0054] Para o escopo, os meios ópticos de conformação do feixe do laser 180 são realizados como um elemento refletor deformável com a superfície controlada 200, contendo diversas áreas de reflexão independentes movimentáveis, da forma como é esquematizada pela figura 7 as quais, em uma condição de repouso, definem uma superfície refletora que ficam sobre um plano reflexivo de referência. O referido elemento refletor deformável de superfície controlada 200 faz um espelho de lâmina contínua, a qual superfície refletora é modificável tridimensionalmente com relação a superfície reflexiva plana de referência adotada em sua condição de repouso. O referido elemento refletor deformável de superfície controlada 200 apresenta uma superfície reflexiva de curvatura contínua que inclui diversas áreas de reflexão às quais são associadas posteriormente uma correspondente diversidade de módulos de movimentação, indicados na figura com 200a, 200b, ..., e é convenientemente tratado pelo emprego de outras potência ópticas, graças ao uso conjunto de um revestimento altamente reflexível (de pelo menos 99%) ao comprimento de onda do feixe do laser, e de montagem sobre um suporte de contato, refrigerado por água por meio de canalização direta. Os módulos de movimentação são soldados na superfície reflexiva de curvatura contínua e se movimentam de forma independente. As áreas de reflexão da superfície reflexiva por curvatura continua são desprovidas de bordas entre elas, ou seja, a superfície reflexiva apresenta completa continuidade em todas as direções. A movimentação de referida diversidade de módulos de movimentação 200a, 200b, inclui movimentos translacionais das correspondentes áreas de reflexão, como o avanço e o retrocesso com relação a superfície plana de referência tomada em condições de repouso ou movimentos de rotação das áreas correspondentes de reflexão em torno a um eixo paralelo a superfície reflexiva plana de referência adotada em condições de repouso, ou ainda uma combinação entre estes. As deformações da superfície reflexiva, ou seja, a movimentação dos módulos de movimentação 200a, 200b, ..., sofrem atuação preferivelmente por meio de técnicas piezelétricas conhecidas por si, que possibilitam controlar a movimentação dos módulos de movimentação e a conseqüente disposição das áreas de reflexão, ou seja, uma alteração das disposições conseqüente a uma combinação de movimentação por translação e/ou rotação de cada um dos módulos em um número predeterminado de graus de liberdade independente dos outros, tipicamente sobre percursos da ordem de +/- 40 μm, mediante as quais é possível obter as aproximações de superfície de curvatura contínua definidas por combinações dos polinômios de Zernike, através as quais é possível (pelo menos em uma linha teórica e com suficiente aproximação na prática para os objetivos desejados) atuar uma regulagem da posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser ou mais em geral um controle da distribuição da potência transversal do feixe do laser, de acordo com os objetivos das aplicações de trabalho desejados.

[0055] Na figura 7 é mostrada uma forma de realização preferida do elemento refletor 200 em perfil elíptico e dos respectivos módulos de movimentação posteriores, adotada para ângulo de incidência do feixe do laser colimado de 45°, da forma como é mostrada no esquema da figura 6. Tal forma de realização deve ser entendida como meramente exemplar e não limitante da atuação da presente invenção. Em uma diferente forma preferida de realização, na qual a incidência do feixe do laser colimado é perpendicular ou quase perpendicular à superfície do elemento 200 nas condições de repouso, o perfil do elemento reflexivo 200 é um perfil circular.

[0056] Na forma de realização do elemento reflexivo em perfil elíptico, esse apresenta um eixo maior de 38 mm e um eixo menor de 27 mm, correspondente as dimensões máximas de abertura transversal do feixe do laser incidente sobre o espelho que se pode obter do sistema óptico de colimação 120.

[0057] Especificamente em uma forma preferencial de realização, o referido elemento refletor deformável de superfície controlada 200 inclui diversas áreas de reflexão independentemente capazes de movimento por meio de uma diversidade correspondente de módulos de movimentação que contém uma área central e uma diversidade de fileiras de setores de coroa circular concêntricos na dita área central. Na forma de realização preferida atual, as fileiras de setores de coroa circular concêntricas são em número de 6, os setores de coroas circulares são em número de 8 para cada fileira, e a altura dos setores de coroa circular é crescente da primeira a terceira fila e da quarta a sexta fila em direção radial voltadas para o exterior do elemento reflexivo. A altura dos setores de coroa circular da quarta fileira é intermediaria entre a altura dos setores de coroa circular da primeira e da segunda fileira. De uma forma preferível, com a finalidade de simplificar a estrutura de controle do elemento reflexivo 200 assim projetado, os diversos setores circulares que constituem a coroa circular periférica podem ser fixos, e somente as filas de setores de coroa circular internos a essa são móveis, de tal forma que podem usar um número de atuadores em seu total limitado a 41.

[0058] Em geral, os números de fileiras de setores circulares, os números de setores de coroa circular e a altura dos setores de coroa circular são determinados em função da geometria da superfície reflexiva necessária para que se obtenha distribuições predeterminadas de potência transversal do feixe do laser desejáveis, através de procedimentos de simulação do andamento da distribuição de potência transversal de um feixe de laser incidente sobre o elemento reflexivo por um número selecionado de áreas de reflexão. De fato, a deformidade controlada da superfície de reflexão do elemento 200 induz variações controladas da intensidade do feixe do laser no plano focal agindo sobre a fase do feixe do laser. Na forma de realização atualmente preferida, a deformação da superfície do elemento reflexivo 200 é controlada de tal forma que determina uma superfície reflexiva reconduzível a uma combinação de polinômios de Zernike. De tal forma, a distribuição da intensidade do feixe do laser no plano focal em função da variação de fases controladas por meio da movimentação das áreas de reflexão do elemento reflexivo 200 pode ser simulada de forma vantajosa por métodos de cálculo matemático.

[0059] A geometria de subdivisão da superfície do elemento reflexivo 200 ilustrada na figura 7 - correspondente a geometria dos módulos de movimentação das áreas de reflexão - foi determinada pelos inventores através de um procedimento de simulação para se obter diferentes formas de distribuição da potência transversal com grande liberdade de conformação do feixe, mesmo que não ligadas a conservação da sua simetria de rotação. De outra forma, para aplicações que são estritamente ligadas a distribuição de potência gaussiana, nas quais não existe a exigência de uma alteração na forma de distribuição da potência, mas somente o seu deslocamento com relação ao eixo de propagação óptico, é possível recorrer a geometrias mais simples como, por exemplo, fileiras igualmente espaçadas, ou seja, na qual a altura dos setores de coroa circulares é constante entre todos as fileiras de setores. Para aplicações nas quais deve ser conservada uma simetria de rotação da distribuição de potência do feixe é então possível prover somente diversas áreas de reflexão e os respectivos módulos de movimentação em forma de coroas circulares, radialmente independentes.

[0060] A figura 8 tem traz representado um esquema de circuito de um sistema eletrônico de controle de uma máquina de trabalho a laser de materiais metálicos para a atuação do método que é objeto da presente invenção.

[0061] O sistema contém meios eletrônicos de elaboração e controle indicados na figura no complexo com ECU, que podem ser integrados em uma única unidade de processamento a bordo da máquina ou realizados de uma forma distribuída, pois que compreendem módulos de processamento posicionados em diversas partes da máquina, entre as quais, por exemplo, a cabeça de trabalho.

[0062] Elementos de memória M associados aos meios eletrônicos de processamento e controle ECU mantém memorizados um modelo ou programa de trabalho pré-estabelecido que, por exemplo, compreende uma trajetória de trabalho preestabelecida na forma de instruções de movimentação da cabeça de trabalho e/ou do material de trabalho, e parâmetros físicos de trabalho indicativos da distribuição da potência do feixe óptico, da intensidade da potência do feixe e dos tempos de ativação do feixe do laser em função da trajetória de trabalho.

[0063] Os meios eletrônicos de processamento e controle ECU estão predispostos para acessar os meios da memória M e para adquirir a trajetória de trabalho e controlar a aplicação do feixe do laser de trabalho ao longo da referida trajetória. O controle da aplicação do feixe do laser de trabalho ao longo da trajetória predeterminada de trabalho inclui o controle de fornecimento do fluxo do gás auxiliar e o controle da irradiação de uma predeterminada distribuição de potência do feixe do laser em direção a uma área de trabalho predeterminada por referência ao modelo ou o programa de trabalho que foi pré- estabelecido, ou seja, de acordo com as informações de trajetória de trabalho e os parâmetros de trabalhos adquiridos dos meios de memória.

[0064] Meios sensores SENS são predispostos a bordo da máquina para monitorarem em tempo real as posições recíprocas entre a cabeça de trabalho e o material de trabalho, além da evolução do tempo de tal posição.

[0065] Os meios eletrônicos de processamento e controle ECU são predispostos para receber a partir dos meios sensores SENS sinais indicativos da posição recíproca entre a cabeça de trabalho e o material de trabalho em trabalho no tempo, ou seja, a evolução da área do plano de trabalho atual e/ou da direção atual da trajetória de trabalho no tempo.

[0066] Os meios eletrônicos de processamento e controle ECU compreendem um primeiro módulo de controle CM1 para o controle dos parâmetros mecânicos do trabalho, predisposto para emitir os primeiros sinais de comando CMD1 em direção ao complexo conhecido como meios atuadores, contendo meios atuadores de movimentação da cabeça de trabalho ao longo dos graus de liberdade permitidas a esta pela específica forma de realização da máquinas e dos meios atuadores da movimentação do material em trabalho com relação a posição da cabeça de trabalho, capazes de cooperar com os meios atuadores de movimento da cabeça de trabalho para apresentar uma trajetória programada de trabalho sobre o material de trabalho em correspondência ao bocal da cabeça de trabalho. Estes meios atuadores não são descritos em detalhes pois que são de amplo conhecimento na arte.

[0067] Os meios eletrônicos de processamento e controle ECU compreendem um segundo módulo de controle CM2 para o controle dos parâmetros físicos do trabalho, predisposto para emitir segundos sinais de comando CMD2 em direção aos meios de fornecimento do fluxo do gás auxiliar e os meios de controle da geração e transmissão do feixe do laser.

[0068] Os meios eletrônicos de processamento e controle ECU compreendem um terceiro módulo de controle CM3 para o controle dos parâmetros ópticos do trabalho, predisposto para emitir terceiros sinais de comando CMD3 em direção ao elemento refletor deformável de superfície controlada 200 dos meios de conformação do feixe óptico para a atuação dos módulos de movimentação das áreas de reflexão independentes movimentáveis do referido elemento, ou seja, para controlar a disposição espacial recíproca (translação ao longo do eixo óptico do elemento reflexivo ou a inclinação com relação a isso). Os sinais de comando CMD3 são elaborados por meio de um suporte compreendendo um conjunto de instruções que quando executadas realizam o método objeto da presente invenção em função da conformação predeterminada do feixe do laser a ser obtido, ou seja, para estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe do laser, e conseqüentemente uma posição predeterminada do eixo óptico de propagação do feixe do laser, em função das condições instantâneas de trabalho ao longo do eixo óptico de propagação incidente sobre o material de trabalho em uma área de pelo menos um plano de trabalho do material metálico, sendo o plano de trabalho do material o plano superficial do material ou um plano variável em profundidade na espessura do matéria, por exemplo para operações de corte ou de perfuração de materiais espessos, quer dizer com espessuras tipicamente superiores a 1,5 vezes o comprimento de Rayleigh do feixe focalizado (no caso típico, espessuras superiores a 4 mm e até a 30 mm). Os supracitados sinais de comando CMD3 são além de tudo elaborados pelo suporte para que estabeleçam a distribuição da potência transversal do feixe do laser em um entorno predeterminado do eixo do fluxo do gás auxiliar e dentro de uma zona de fornecimento do referido fluxo em função das condições instantâneas de trabalho, ou seja, a área do plano de trabalho atual e/ou da direção atual da trajetória de trabalho sobre o material metálico.

[0069] Os meios eletrônicos de processamento e controle ECU são, portanto, predispostos para indicar a posição atual e/ou a direção de translação atual do eixo do fluxo do gás auxiliar, para controlar a translação relativa do eixo do fluxo do gás auxiliar ao longo de uma trajetória de trabalho preestabelecida sobre o material metálico e para regular de forma automática a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser ou a distribuição de potência transversal do feixe do laser em função da posição atual e/ou da direção de translação atual percebida do fluxo no gás auxiliar.

[0070] A posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser é governada controlando os módulos de movimentação das áreas de reflexão de tal forma que se realizem movimentos predeterminados de inclinação geral do elemento reflexivo no seu complexo com relação a respectiva condição de repouso, que determinando a translação espacial do ponto do feixe do laser sobre o material de trabalho.

[0071] De acordo com um exemplo de realização, a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser é regulada de tal forma que se encontra de forma seletiva ou alternada em uma zona anterior e em uma zona posterior com relação a zona atual do eixo do fluxo do gás auxiliar ao longo da trajetória de trabalho, no decorrer de uma operação de corte do material metálico. Isso ocorre preferivelmente na seqüência de uma trajetória de corte, por exemplo, em função da velocidade de execução da operação de corte e da espessura do material que deve ser cortado.

[0072] No caso de uma alteração “estática”, em conseqüência do desbalanceamento da posição do eixo óptico do feixe do laser adiantado com relação ao eixo de simetria do fluxo do gás auxiliar na direção de translação do referido supracitado fluxo de gás auxiliar (ou seja, na área de incidência do eixo de simetria do fluxo de gás sobre a superfície do material que está sendo trabalhado no caso de um processo de corte) é possível obter um desempenho melhor em termos de velocidade do processo. Tal desbalanceamento gera, de fato, uma área de sulco fundido que é atingida pelo fluxo do gás auxiliar, que é maior com relação ao caso simétrico de coincidência dos eixos. Em outros termos, a incidência do feixe do laser sobre o material antecipadamente com relação ao fluxo do gás auxiliar permite um fornecimento de gás em pressão que é inferior, quando comparado a mesma velocidade com relação ao caso simétrico de coincidência dos eixos, garantindo um menor consumo de gás, que é proporcional a menor pressão.

[0073] No caso de alteração “dinâmica” ou o regime de “feixe aparente”, em conseqüência de um movimento de oscilação do eixo óptico para frente e para trás com relação a direção de propagação do eixo do fluxo do gás auxiliar, se determina, por exemplo, um feixe aparente de forma quase elíptica alongado, que permite uma maior iluminação do sulco fundido, ou seja, uma iluminação que dura por mais tempo sobre o sulco, a qual por sua vez permite uma maior absorção da radiação por parte do material, na direção da propagação. Esta técnica permite quer seja uma economia na energia elétrica, porque aumenta o desempenho por watt de potência do feixe do laser, quer seja uma economia de gás, porque permite manter o material em uma condição de menor viscosidade com relação a técnica conhecida na arte, e é o motivo pelo qual é possível expulsar o material fundido para fora do sulco com uma menor pressão do gás auxiliar.

[0074] Em um outro exemplo de realização, a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser é regulada de tal forma a seguir uma trajetória circular em torno a uma posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar no decurso de um trabalho de perfuração do material metálico. Isto permite que se gere um “feixe aparente” em simetria circular de amplo diâmetro, mesmo partindo de um feixe gaussiano de diâmetro inferior, e com duas vantagens. A primeira vantagem é que o diâmetro da perfuração acaba engrandecido no final do processo e permite, portanto, na delicada fase inicial do movimento de corte, um melhor acoplamento entre o feixe do laser e a frente de avanço ao interior, da espessura do material de trabalho, além de um incremento no fluxo do gás auxiliar, que permite eliminar o material fundido, inicialmente de uma forma mais eficaz. A segunda vantagem é aquela de que, durante o processo de perfuração, o movimento circular define uma direção preferencial de emissão do material fundido, que necessariamente deve sair a partir da superfície da área de trabalho do material do lado no qual ocorre a perfuração, agilizando a eficiência de desnudação progressiva de extratos sempre mais profundos de material, e em última análise um aprofundamento da espessura completa mais rapidamente.

[0075] Na figura 9 é mostrado um exemplo de trabalho de acordo com o método que é objeto da presente invenção.

[0076] Na figura 9 é indicada com um T a trajetória de trabalho programada. A trajetória de trabalho inclui um perfil de corte correspondente, a mero título de exemplo, uma série de segmentos curvos T1, T2 ou retilíneos T3, que formam uma linha segmentada fechada ou aberta, e uma série de recessos, como por exemplo os recessos na forma de perfil semicircular R1, R2. A trajetória de trabalho T inclui também um perfil de perfuração circular, indicado como H, a uma distância predeterminada do perfil de corte.

[0077] Em correspondência a algumas posições usadas para exemplo da cabeça de trabalho ao longo da supracitada trajetória (a cabeça de trabalho é esquematizada só em associação com uma posição de trabalho inicial, para não complicar em excesso a representação gráfica), são indicadas como G1, ..., Gn as zonas de emissão do fluxo do gás auxiliar sobre o material sendo trabalhado em S1, ..., Sn, circunscritos as posições do eixo óptico do feixe do laser. Nota-se que, tipicamente por operação de corte e/ou perfuração sobre o aço com carbono com espessura de 4 mm a 30 mm, aço inoxidável com espessura entre 4 mm e 25 mm, ligas de alumínio com espessura de 4 mm a 15 mm, cobre e bronze com espessuras de 4 mm a 12 mm as dimensões típicas da zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar varia entre 1,8 mm e 3 mm, e o ponto de incidência do feixe do laser varia entre 0,05 mm e 0,25 mm.

[0078] Para algumas posições, ou áreas de trabalho, ao longo da trajetória de trabalho estão representados a título de exemplo a zona correspondente de fornecimento do fluxo do gás auxiliar sobre o material sendo trabalhado (circular, na forma de realização mais comum de bocal de forma circular) e um ou mais pontos de incidência do feixe do laser (estes também exemplificados em forma circular, no caso comum de distribuição de potência transversal gaussiana).

[0079] Com G1 é indicada uma primeira zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em um trecho de progresso do feixe do laser em um primeiro segmento T1 de uma linha de corte que segue uma trajetória predefinida T. Nesta área de trabalho a posição do eixo óptico de propagação (da distribuição de potência) do feixe do laser e regulada de tal forma que o ponto S1 de incidência do feixe sobre o plano de trabalho se encontra em uma zona anterior com relação a posição corrente do eixo do fluxo do gás auxiliar, que corresponde ao baricentro da zona G1.

[0080] Com G2 é indicada uma segunda zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em um trecho de progresso em desaceleração do feixe do laser ao longo do segmento T1 da linha de corte da trajetória T. Nesta área de trabalho a posição do eixo óptico de propagação (da distribuição de potência) do feixe do laser é regulada de tal forma que o ponto S2 de incidência do feixe sobre o plano de trabalho se encontre substancialmente coincidente com a posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar, que corresponde ao baricentro G2.

[0081] Com G3 é indicada uma terceira zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em correspondência do recesso em perfil semicircular R1 da trajetória T. Nesta área de trabalho a posição do eixo óptico de propagação (da distribuição de potência) do feixe do laser é regulada de tal forma que o ponto de incidência do feixe sobre o plano de trabalho percorra a trajetória de corte desejada do lado interno da zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar, sem que haja movimento da referida zona, isto que é indicado pelas posições sucessivas S3, S4, S5 e S6, radialmente eqüidistantes da posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar, que correspondem ao baricentro da zona G3, mas angularmente compensadas entre elas de uma posição atrasada para uma posição avançada com relação a direção atual da trajetória de trabalho sobre o material metálico.

[0082] Com G4 é indicada uma quarta zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em correspondência as variações de direção do setor T2 e o setor T3 do perfil de corte, no qual a variação da direção apresenta um pequeno raio de curvatura. Nesta área de trabalho a posição do eixo óptico de propagação (da distribuição de potência) do feixe do laser é regulada de tal forma que o ponto de incidência do feixe sobre o plano de trabalho percorra a trajetória de corte desejada do lado interno da zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar, sem que haja movimentação da assim referida zona, isto que é indicado nas posições sucessivas S7, S8 e S9, que apresentam uma distância radial e uma posição angular diferentes com relação a posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar, que corresponde ao baricentro da zona G4, ou seja, uma posição respectivamente atrasada, coincidente e avançada com relação a direção atual da trajetória de trabalho sobre o material metálico.

[0083] Enfim, com o G5 é indicada uma quinta zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em correspondência ao perfil de perfuração circular H alcançável a uma distância predeterminada da trajetória T do perfil de corte, interrompendo por um tempo predeterminado a emissão do feixe do laser. Nesta área de trabalho a posição do eixo óptico de propagação (da distribuição de potência) do feixe do laser é regulada de tal forma que o ponto de incidência do feixe sobre o plano de trabalho percorra uma trajetória circular do lado interno da zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar, eventualmente coaxial com o eixo do fluxo do gás auxiliar, que corresponde ao baricentro da zona G5, sem a movimentação da referida zona, isto que é indicado pelas posições sucessivas S10, S11, S12, S13.

[0084] Naturalmente, mantendo-se em foco o princípio da presente invenção, as formas de atuação e as particulares realizações podem sofrer amplas variações com relação a tudo o que foi descrito e ilustrado a puro título de exemplo não limitante sem que, por isso, se afaste do âmbito de proteção da presente invenção definida pelas reivindicações em anexo.

Claims (10)

1. Método de processamento a laser de um material metálico (WP), em particular para o corte, a perfuração, ou a soldagem a laser do referido material, mediante a um feixe de laser focalizado (B) possuindo uma distribuição de potência transversal preestabelecida em correspondência com pelo menos um plano de trabalho (fl) do material metálico (WP), compreendendo as etapas de: - prover uma fonte de emissão (10) de um feixe de laser; - conduzir o feixe de laser (B) emitido da referida fonte de emissão (10) ao longo de um percurso óptico de transporte de feixe para uma cabeça de trabalho (14) disposta na proximidade do referido material metálico (WP); - colimar o feixe de laser (B) ao longo de um eixo óptico de propagação sobre o material metálico (WP); - focalizar o referido feixe de laser (B) colimado em uma área do plano de trabalho (fl) do referido material metálico (WP); e - conduzir o referido feixe do laser (B) focalizado em uma trajetória de trabalho (T) sobre o material metálico (WP) compreendendo uma sucessão de áreas de trabalho (Tl, Rl, T2, R2, T3, H), o método compreendendo conformar o feixe de laser (B) em que conformar o feixe de laser (B) compreende: - refletir o referido feixe (B) colimado mediante um elemento reflexivo (200) deformável a superfície controlada possuindo uma superfície reflexiva em curvatura contínua incluindo uma pluralidade de áreas de reflexão móveis independentes (200a- 200r); e - controlar a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) para estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em pelo menos um plano de trabalho (fl) do material metálico (WP) em função da área do plano de trabalho (fl) atual e/ou da direção atual da trajetória de trabalho (T) sobre o material metálico (WP), caracterizado por compreender ainda as etapas de: - fornecer um fluxo de um gás auxiliar em direção a referida área do plano de trabalho (Fl) do material metálico (WP) ao longo de urn eixo do fluxo do gás auxiliar; - transladar o eixo do fluxo do gás auxiliar em relação a uma trajetória de trabalho (T) predeterminada sobre o material metálico (WP); - detectar a posição atual e/ou a direção de translação atual do eixo do fluxo do gás auxiliar; - controlar a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) para estabelecer a referida distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em uma área do plano de trabalho (Fl) sobre material metálico (WP) compreendida em uma vizinhança predeterminada em torno do eixo do fluxo do gás auxiliar e dentro de uma zona de fornecimento (G1-G4) do referido fluxo; - ajustar automaticamente a posição do eixo óptico de propagação do feixe de laser (B) em função da posição atual detectada e/ou da direção de translação atual detectada do eixo do fluxo do gás auxiliar.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por controlar a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) do elemento reflexivo (200) de superfície controlada compreende controlar uma combinação de movimentação das referidas áreas (200a-200r) com relação a uma superfície reflexiva plana de referência.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por controlar uma combinação de movimentação das referidas áreas de reflexão (200a-200r) do elemento reflexivo (200) de superfície controlada compreende controlar a translação das referidas áreas (200a-200r) ao longo do eixo óptico do elemento reflexivo (200) e/ou a rotação das referidas áreas (200a-200r) para obter uma inclinação com relação ao eixo do elemento reflexivo (200).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ajuste automático da posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) em função da posição atual detectada e/ou da direção de translação atual detectada pelo eixo do fluxo do gás auxiliar é atuada por referência a um programa ou modelo de regulagem preestabelecido.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado por a posição do eixo óptico de propagação do feixe de laser (B) é ajustada de tal forma que se encontra alternadamente em uma zona anterior e em uma zona posterior com relação a posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar ao longo da trajetória de trabalho (T) no decorrer de um trabalho de corte do material metálico (WP).

6. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 4, caracterizado por a posição do eixo óptico de propagação do feixe de laser (B) é ajustada de tal forma que se siga uma trajetória circular (S10, Sil, S12, S13) em torno da posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar no decorrer de uma operação de perfuração do material metálico (WP).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender o provimento de um elemento reflexivo (200) deformável com a superfície controlada possuindo uma superfície reflexiva de curvatura contínua incluindo uma pluralidade de áreas de reflexão (200a-200r) independentes móveis por meio de uma correspondente pluralidade de módulos de movimentação que compreendem uma área central e uma pluralidade de fileiras de setores de coroa circular concêntricas à referida área central.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por as fileiras de setores de coroa circular concêntricas são em número de 6, os setores de coroa são em número de 8 para cada fileira, e a altura dos setores de coroa circular é crescente da primeira para a terceira fileira e da quarta para a sexta fileira na direção radial para o lado externo do elemento reflexivo, a altura dos setores de coroa circular da quarta fileira sendo intermediária entre a altura dos setores de coroa circular da primeira e segunda fileiras.

9. Máquina para trabalho a laser de um material metálico, em particular para o corte, a perfuração ou a soldagem do referido material metálico, mediante um feixe de laser (B) focalizado que possui uma distribuição de potência transversal predeterminada em pelo menos um plano de trabalho (fl) do material metálico (WP), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, compreendendo: - uma fonte (10) de emissão do feixe de laser; - meios (12a, 12b, 12c, 12d) para conduzir o feixe de laser (B) emitido pela referida fonte (10) de emissão ao longo de um percurso óptico de transporte do feixe de laser a uma cabeça de trabalho (14) disposta nas proximidades do referido material metálico (WP); - meios ópticos (120) de colimação do feixe de laser (B) ao longo de um eixo óptico de propagação incidente sobre o material metálico (WP); - meios ópticos (16; 140) de focalização do referido feixe de laser (B) colimado em uma área de um plano de trabalho (Fl) do referido material metálico (WP); no qual pelo menos os meios ópticos (16; 140) de focalização do referido feixe de laser (B) colimado são transportados da referida cabeça de trabalho (14) a uma distância controlada do referido material metálico (WP); - meios de ajuste da distância entre a cabeça de trabalho (14) e o referido material metálico (WP), adaptados para conduzir o referido feixe de laser (B) focalizado ao longo de uma trajetória de trabalho (T) sobre o material metálico (WP) compreendendo uma sucessão de áreas de trabalho (Tl, Rl, T2, R2, T3, H); - meios ópticos (180) de conformação do feixe de laser (B) incluindo um elemento reflexivo (200) deformável com a superfície controlada possuindo uma superfície reflexiva de curvatura continua compreendendo uma pluralidade de áreas de reflexão independentes móveis (200a-200r), adaptadas para refletir o referido feixe de laser (B) colimado, a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) sendo adaptadas para estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em pelo menos um plano de trabalho (Fl) do material metálico (WP); e - meios eletrônicos de processamento e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) arranjados para controlar a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) para estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em pelo menos um plano de trabalho (Fl) do material metálico (WP) em função da área do plano de trabalho (Fl) atual e/ou da direção atual da trajetória de trabalho (!) sobre o material metálico (WP), caracterizado por compreender um bocal (18) para encaminhar um fluxo do gás auxiliar em direção à área de trabalho sobre o material (WP); os meios eletrônicos de processamento e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) são ainda arranjados para: - detectar a posição atual e/ou a direção de translação atual do eixo do fluxo do gás auxiliar; - transladar o eixo do fluxo do gás auxiliar em relação a uma trajetória de trabalho (T) predeterminada sobre o material metálico (WP); - ajustar automaticamente a posição do eixo óptico de propagação do feixe de laser (B) em função da posição atual detectada e/ou da direção de translação atual detectada do eixo do fluxo do gás auxiliar.

10. Suporte compreendendo um conjunto de instruções que quando executadas realizam um método de conformação de um feixe de laser (B), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, quando o conjunto de instruções é executado por meios eletrônicos de processamento e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) em uma máquina para o trabalho laser de um material metálico (WP), em que dita máquina compreende meios ópticos (180) de conformação do feixe de laser (B) incluindo um elemento reflexivo (200) deformável com a superfície controlada possuindo uma superfície reflexiva de curvatura continua compreendendo uma pluralidade de áreas de reflexão independentes móveis (200a-200r), adaptadas para refletir um feixe de laser (B) colimado, a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) sendo adaptadas para estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em pelo menos um plano de trabalho (fl) do material metálico (WP); e meios eletrônicos de processamento e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) arranjados para controlar a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) para estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em pelo menos um plano de trabalho (fl) do material metálico (WP) em função da área do plano de trabalho (fl) atual e/ou da direção atual da trajetória de trabalho (T) sobre o material metálico (WP), caracterizado por dito método de conformação de um feixe de laser (B) compreender controlar a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) para estabelecer a referida distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em uma área do plano de trabalho (fl) sobre material metálico (WP) compreendida em uma vizinhança predeterminada em torno do eixo do fluxo do gás auxiliar e dentro de uma zona de fornecimento (G1-G4) do referido fluxo; e ajustar automaticamente a posição do eixo óptico de propagação do feixe de laser (B) em função da posição atual detectada e/ou da direção de translação atual detectada do eixo do fluxo do gás auxiliar.

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