BR102017014519B1 - Procedimento de trabalho laser de um material metálico, em particular para o corte, a perfuração, ou a soldagem laser do referido material, máquina para o trabalho laser de um material metálico e elemento de memória - Google Patents

Abstract

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 estabelecer uma predeterminada distribuição de potência transversal do feixe em correspondência de ao menos um plano de trabalho do material em função da área do plano de trabalho atual e / ou da direção atual (...).

Description

[001] A presente invenção diz respeito ao trabalho a laser em um material metálico, e de uma maneira mais específica de um procedimento de trabalho 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 procedimento de trabalho a laser, e um programa para computador compreendendo um ou mais módulos de código para a atuação do supracitado procedimento quando o programa 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 região 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 cabo 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 do 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 fuso 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] 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.

[0020] A isotropia do processo com relação as trajetórias de trabalho sobre o material sempre foram tidas 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.

[0021] 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.

[0022] A necessidade de aumentar o desempenho da máquina em termos quantitativos de produção, e portanto a velocidade de trabalho, trouxe a luz a necessidade de aumentar as acelerações máximas as quais a cabeça de trabalho da máquina consegue atingir no percurso da trajetória de trabalho, além do empuxo aplicado sobre a referida cabeça de trabalho, e portanto, em última instância a medida da corrente elétrica solicitada que deve ser fornecida aos motores elétricos que concorrem para a movimentação da cabeça de trabalho.

[0023] A título de exemplo, o trabalho de espessuras menores, a velocidades que potencial mente podem atingir a diversas dezenas de metros por minuto comporta - no caso de variações de trajetória repentinas, as quais são determinadas pela perseguição de linha tracejada de corte, a diminuição de velocidade (ou a parada) da cabeça de trabalho no seu movimento de translação ao longo de um eixo de movimentação e a sua retomada (ou o seu início) do movimento de translação da cabeça de trabalho ao longo de um eixo de movimentação diferente, com a aplicação de acelerações lineares ou tangenciai da ordem de 2 a 6 g. A mesma dinâmica pode ser solicitada pelos mecanismos de movimentação do material. Como conseqüência faz-se necessário um controle rápido de retro acionamento da posição recíproca da cabeça de trabalho com relação ao material e vice-versa, e uma mecânica de movimentação da referida cabeça de trabalho robusta, ou de material em grau tal que é capaz de absorver dinâmicas elevadas sem que incorra em vibrações apreciáveis no ponto de incidência do feixe do laser e do gás auxiliar com relação a trajetória prevista sobre o material.

[0024] De fato, o que pode acontecer é que a aceleração excessiva, em conjunto com a inércia e a conformidade (que nunca pode ser anulada) dos movimentos de movimentação da máquina, podem levar para fora de posição o bocal de descarga do gás auxiliar e o eixo óptico do feixe do laser que a este está rigidamente associado com relação a uma predeterminada trajetória de trabalho, mesmo que por um limitado lapso de tempo. Isto é próprio, por exemplo, em um trabalho que se encontre na proximidade de um ponto com muitos ângulos onde se verifica uma variação de continuidade da direção da trajetória de trabalho. A elevada dinâmica de movimentação e as oscilações que são consequência da cabeça de trabalho e do material definem um andamento do eixo óptico de propagação do feixe do laser de acordo com uma trajetória local de oscilação amortizada inferiormente, para a qual se gera, na proximidade de um ponto anguloso um trabalho imperfeito quando tomado em conta um ponto de vista geométrico, por exemplo, porque segue um percurso ondulado de amplitude decrescente ao longo de um percurso reto definido pela trajetória de trabalho que é imposta.

[0025] Uma solução simples adotada na arte é a de se projetar uma trajetória de trabalho de tal forma que não se permita uma variação descontínua da direção. Trata-se de uma solução aproximada e não adequada para trabalhos que exijam precisão.

[0026] Uma solução alternativa descrita, por exemplo, no pedido de patente WO 2006/075209, é aquela de equipar a máquina com um chassi que estabelece elementos de translação robustos e rígidos para a translação da cabeça de trabalho ao longo de um primeiro par de eixos cartesianos, os quais são capazes de dirigir a cabeça de trabalho em uma ampla área de trabalho mesmo que lentamente e com acelerações reduzidas, e apoiam a bordo um par de trenós de movimentação leves e de inércia reduzida para a movimentação local da cabeça de trabalho ao longo de um segundo par de eixos cartesianos que possuem um percurso limitado, que pode ser tratado em alta velocidade e com acelerações elevadas.

[0027] A composição dos movimentos comandados na cabeça de trabalho dos elementos de translação e dos trenós de movimentação, adequadamente gerida de acordo com as regras de subdivisão do movimento ao longo dos eixos “lentos” e dos velozes”, permite com que se chegue a uma dinâmica de alto desempenho (5 a 6 g) mesmo que com um sistema mecânico que de fato não elimina a inércia dos componentes, mas que distribui os efeitos desta entre os primeiros elementos de movimentação de eixos lentos e os segundos elementos de movimentação de eixos velozes.

[0028] A patente US 2014/346155 descreve um aparelho de usinagem a laser em que são fornecidos um primeiro e um segundo espelhos adaptativos, cada um com uma câmara de pressão conectada a uma fonte de pressão e um substrato de espelho que limita a câmara de pressão. Uma pressão interna na câmara de pressão pode ser alterada com a ajuda da fonte de pressão de tal forma que o substrato do espelho se deforme caso a pressão interna na câmara de pressão mude.

[0029] A patente US 2015/378184 descreve sistemas e métodos para sistemas a laser em que um sistema de ajuste de parâmetro de feixe e sistema de focagem alteram uma distribuição de energia espacial de um feixe de radiação, por meio de efeitos termo- ópticos, antes que o feixe seja acoplado a uma fibra óptica ou entregue a um peça obra.

[0030] A patente JP 2001 038485 descreve um método e dispositivo para processamento a laser em que um feixe de laser é refletido por um espelho de curvatura variável em uma cabeça de processamento a laser de modo a aplicar o processamento a uma peça de trabalho alterando a curvatura de uma face de reflexão do espelho de curvatura variável em um valor de curvatura predefinido de acordo com a espessura do trabalho W.

[0031] A patente US 2001/040743 descreve um espelho de curvatura deformável capaz de deformação controlada pela aplicação de voltagens elétricas a segmentos de eletrodos na parte de trás do espelho.

[0032] A presente invenção tem como objetivo o escopo de fornecer um procedimento de trabalho 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.

[0033] Como escopo adicional da presente invenção está aquele de fornecer um procedimento de trabalho 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.

[0034] De acordo com a presente invenção tais escopos são obtidos graças a um procedimento de trabalho a laser de um material metálico que possui as características definidas por meio da reivindicação 1.

[0035] Formas particulares de realização formam parte do objeto das reivindicações dependentes, as quais o conteúdo deve ser entendido como parte integral da presente descrição.

[0036] Faz parte como objeto adicional da presente invenção uma máquina para o trabalho a laser de um material metálico e um programa de computador, da forma como é reivindicado.

[0037] 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.

[0038] De uma forma particular, com os trabalhos com a cinemática em eixos paralelos de comando distribuída sobre um sistema de movimentação composto de eixos “lentos”, ou seja, eixos volumosos e pesados para deslocamentos macro, e de eixos “velozes”, ou seja, pequenos e leves para deslocamentos pequenos, a presente invenção usufrui da possibilidade de romper com a simetria rotacional da totalidade do feixe do laser e do fluxo de gás auxiliar para construir uma cinemática de comando inovadora, onde aos tradicionais eixos de translação da cabeça de trabalho é atribuído o papel de eixos “lentos” e a estes é combinado o controle do posicionamento do feixe do laser com relação ao eixo de fornecimento do fluxo do gás auxiliar, correlacionado de forma rígida ao eixo da cabeça de trabalho, a qual é atribuída o papel de eixos velozes.

[0039] 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.

[0040] 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.

[0041] 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.

[0042] De uma forma vantajosa, o procedimento 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 relação 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 forma que tal que o controle de posicionamento possa ser atuado em tempo real no curso de um processo de trabalho, de tal forma que se 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, e de uma forma particular quando a trajetória de trabalho preestabelecida sobre o material varia a partir de uma primeira para uma segunda direção de trabalho.

[0043] Ainda mais vantajoso, o procedimento que é o objeto da presente invenção permite com que se defina automaticamente 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 procedimento de trabalho - por exemplo, em função da posição espacial da área de trabalho sobre o material ao longo de uma trajetória de trabalho predeterminada - e de endereçar com precisão ótima e de forma instantânea a posição do eixo óptico do feixe do laser a uma distância predeterminada do eixo do fluxo do gás auxiliar e a uma predeterminada direção angular com relação à direção atual da trajetória de movimentação (a direção de progresso do fluxo do gás), evitando a necessidade de efetuar uma movimentação mecânica até a cabeça de trabalho ou o material.

[0044] 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 região de fornecimento do referido fluxo. A região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar - que representa o campo volumétrico de ação do procedimento 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.

[0045] De forma vantajosa, o controle automático atuado pelo procedimento que é objeto da presente invenção pode ser realizado em tempo real com freqüências operacionais compreendidas entre 100 Hz e 10 kHz.

[0046] Portanto, graças ao procedimento da presente invenção, é possível controlar no decorrer de um trabalho a movimentação dos eixos “velozes” em uma região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar, para sobrepor um movimento com elevados componentes dinâmicos a um movimento variável lentamente, e eventualmente para compensar movimentações mecânicas com sedimentos e oscilações espúrias da ordem de grandeza do diâmetro da região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar.

[0047] Um sistema de controle capaz de realizar o procedimento 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.

[0048] Além do mais, o procedimento que é objeto da presente invenção permite controlar de forma eficaz e em tempo real a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser em função da localização do feixe ao longo de uma trajetória de trabalho, para o que é possível modificar a posição recíproca entre o eixo óptico de propagação do feixe óptico e o eixo do fluxo do gás auxiliar em um modo pontual dependente das condições de trabalho programadas que recorrem em correspondência de predeterminadas posições ao longo da trajetória de trabalho. Tais condições de trabalho programadas incluem, a título puramente exemplificativo, a posição de trabalho atual (ou, de uma forma mais geral, a área de trabalho do plano 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.

[0049] 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 procedimento 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 procedimento 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 procedimento de trabalho de acordo com a presente invenção; e - as figuras 9a a 9e são representações esquemáticas de um exemplo de trabalho de acordo com o procedimento objeto da presente invenção.

[0050] 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 procedimento de trabalho de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

[0051] 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.

[0052] 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.

[0053] 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.

[0054] 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.

[0055] 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.

[0056] 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 à 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 reflexivas, 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 um, 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.

[0057] 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.

[0058] 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.

[0059] 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.

[0060] 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.

[0061] 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 todas 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.

[0062] 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 procedimento que é objeto da presente invenção.

[0063] 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.

[0064] 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.

[0065] 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.

[0066] 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.

[0067] 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 das 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.

[0068] 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.

[0069] 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 programa para computador compreendendo um ou mais módulos de código contendo instruções de um modelo ou um programa de regulagem para a atuação do procedimento 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 programa para computador 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 região 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.

[0070] 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.

[0071] 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.

[0072] De acordo com um segundo exemplo de realização, quando a trajetória de trabalho preestabelecida sobre o material varia de uma primeira para uma segunda direção de trabalho, a translação relativa do eixo do fluxo do gás auxiliar é comandada de acordo com a direção de trabalho, aonde a curva de junção apresenta uma distância da trajetória de trabalho preestabelecida não superior ao diâmetro da região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar. Ao mesmo tempo é levantada a posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar, e é regulada a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser em função da posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar levantado de tal forma que se mantenha o eixo óptico de propagação do feixe do laser encaminhado ao longo da referida trajetória de trabalho preestabelecida.

[0073] Neste exemplo de realização, a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser é regulada de tal modo que se execute uma trajetória excêntrica com relação a posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar no decorrer de uma operação de perfuração do material metálico.

[0074] Nas figuras 9a a 9e é exibido um exemplo de trabalho de acordo com o procedimento que é objeto da presente invenção.

[0075] Nas figuras citadas é indicada com um T uma trajetória de trabalho programada. A trajetória de trabalho inclui um perfil de corte correspondente, a mero título de exemplo, dois trechos retilíneos T1 e T2 que formam entre eles um ângulo reto e se encontram em um ponto anguloso A no qual a trajetória muda de direção repentinamente.

[0076] Em correspondência a algumas posições exemplificativas da cabeça de trabalho ao longo de sua supracitada trajetória, são indicados como G1-G4 as regiões de fornecimento do fluxo do gás auxiliar sobre o material de trabalho (o qual baricentro é indicado com N) e com S1-S4 os pontos de incidência do feixe do laser sobre o material de trabalho, circunscritos as posições do eixo do feixe do laser. Note-se que, para trabalhos de corte e/ou perfuração sobre o aço com carbono, aço inoxidável, alumínio, cobre e bronze, com espessuras entre 0,5 mm a 4 mm, as dimensões típicas da região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar variam entre 1 mm e 3,5 mm, o ponto de incidência do feixe do laser varia entre 0,05 mm e 0,25 mm.

[0077] Para algumas posições de área de trabalho ao longo da trajetória de trabalho são representados a título meramente exemplificativos a região correspondente de fornecimento do fluxo do gás auxiliar sobre o material de trabalho (circular, na forma de realização mais comum de bocal de forma circular) e um ponto de incidência do feixe do laser (este também representado em nível de exemplo de forma circular, no caso mais comum de distribuição de potência transversal de forma gaussiana). As flechas ao lado da trajetória de trabalho indicam a direção de progresso da frente de corte, que corresponde a direção de movimentação da cabeça de trabalho sobre o material. No caso de movimentação do material com relação a cabeça de corte, a direção de movimentação do material é naturalmente inversa àquela indicada pelas flechas.

[0078] Com G1 é indicada a primeira região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em um trecho de progresso do feixe do laser ao longo de 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 é regulada de tal modo que o ponto 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 da região G1.

[0079] Com G2 é indicada uma segunda região de fornecimento do gás auxiliar em um trecho de progresso do feixe do laser ao longo do segmento T1 da linha de corte da trajetória T. Nesta área de trabalho a posição do eixo do fluxo do gás auxiliar segue uma trajetória R de junção sem descontinuidade entre os segmentos T1 e T2, enquanto que 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 mantém sobre a trajetória de trabalho T, para a qual este se encontra a uma predeterminada distância radial da posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar (e a uma direção angular correspondente predeterminada de um sistema de referência da cabeça de trabalho.

[0080] Com G3 é indicada uma terceira região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em um trecho no qual o feixe do laser atinge o ponto anguloso de variação da direção de trabalho do segmento T1 ao segmento T2 da linha de corte da trajetória T.

[0081] Nesta área de trabalho a posição do eixo do fluxo do gás auxiliar segue a trajetória R de junção entre os segmentos T1 e T2, enquanto que a posição do eixo óptico de propagação (da distribuição de potência) do feixe do laser é regulada de tal forma que o ponto S3 de incidência do feixe do laser sobre o plano de trabalho se mantenha sobre a trajetória de trabalho T, motivo pelo qual este se encontra a máxima distância radial da posição atual do fluxo do gás auxiliar (e a uma correspondente predeterminada direção angular de um sistema de referência da cabeça de trabalho).

[0082] Como é evidente da figura, a distância máxima entre o ponto de incidência do feixe do laser e a posição do eixo do fluxo do gás auxiliar é, portanto, inferior ao raio da região de descarga de gás auxiliar.

[0083] Finalmente, com G4 é indicada uma quarta região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar em um trecho de progresso do feixe do laser ao longo do segmento T2 da linha de corte da trajetória T. Nesta área de trabalho a posição do eixo do fluxo do gás auxiliar é ainda ao longo da trajetória R de junção entre os segmentos T1 e T2, enquanto que a posição do eixo óptico de propagação (da distribuição de potência do feixe do laser é regulada de tal forma que o ponto S4 de incidência do feixe do laser sobre o plano de trabalho se mantém sobre a trajetória de trabalho T, motivo pelo qual este se encontra a uma distância radial predeterminada da posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar e a uma direção angular correspondente e predeterminada em um sistema de referência da cabeça de trabalho).

[0084] Como é evidente da figura, a distância entre o ponto de incidência do feixe do laser e a posição do eixo do fluxo do gás auxiliar se reduz em função do realinhamento do eixo do fluxo do gás auxiliar sobre a trajetória T.

[0085] Apesar de que na figura é mostrado o caso no qual, ao destaque do ponto de incidência do feixe do laser do baricentro da região de fornecimento do fluxo do gás auxiliar e a reunião do ponto de incidência do feixe do laser com o baricentro da zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar, ambos são coincidentes, é igualmente possível que em uma, ou ambas as posições operativas acima citadas o ponto de incidência do feixe do laser se encontre em posição adiantada, ou atrasada, com relação ao baricentro da zona de fornecimento do fluxo do gás auxiliar, dependentemente dos desempenhos requeridos ao processo de trabalho.

[0086] Como é mostrado nas figuras 9a a 9d - que representam as trajetórias absolutas da região de descarga do fluxo do gás auxiliar e do ponto laser - e na figura 9e - que representa a região de descarga do gás auxiliar em um sistema de referência da cabeça de trabalho e a trajetória P relativa do ponto laser do lado interno desta - a posição recíproca do eixo de propagação da radiação laser e do eixo de fornecimento do fluxo do gás auxiliar é controlada no decorrer do processo em tempo real (em termos de distância radial e de direção angular) para permitir a sequência de uma trajetória de trabalho predeterminada que requer variações de direção e velocidade repentinas enquanto que a movimentação da cabeça de trabalho é controlada ao longo de uma trajetória de junção que não apresenta variações de direção repentinas, motivo pelo qual não é necessária uma dinâmica elevada do sistema mecânico de movimentação da cabeça.

[0087] 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 (8)

1. Procedimento de trabalho laser de um material metálico (wp), em particular para o corte, a perfuração, ou a soldagem laser do referido material, mediante a um feixe do laser (B) focalizado possuindo uma distribuição de potência transversal preestabelecida em correspondência com pelo menos um plano de trabalho (II) do material metálico (WP), compreendendo as fases de: - predispor uma fonte de emissão (10) de um feixe do laser; - conduzir o feixe do 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 do laser (B) ao longo de um eixo óptico de propagação sobre o material metálico (WP); - focalizar o referido feixe do laser (B) colimado em uma área do plano de trabalho (II) 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) correspondente a uma sucessão de áreas de trabalho (T1, T2), o procedimento compreendendo conformar o feixe do laser (B), sendo que conformar o feixe do laser compreende: - refletir o referido feixe colimado (B) mediante um elemento reflexivo deformável (200) a superfície controlada possuindo uma superfície reflexiva em curvatura contínua incluindo diversas áreas de reflexão (200a-200r) móveis independentes, e - controlar a disposição das referidas áreas reflexivas (200a-200r) para estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em correspondência de ao menos um plano de trabalho (II) do material metálico (WP) em função da área do plano de trabalho (II) atual e/ou da direção atual da trajetória de trabalho (T) sobre o material metálico (WP), caracterizado por o procedimento compreender ainda as fases de: - fornecer um fluxo do gás auxiliar em direção a referida área do plano de trabalho (II) do material metálico (WP) ao longo de um eixo do fluxo do gás auxiliar; - quando a trajetória de trabalho (II) preestabelecida variar de uma primeira para uma segunda direção de trabalho (T1, T2), comandar a translação relativa do referido eixo do fluxo do gás auxiliar de acordo com direções intermediárias ao longo de uma curva de junção (R) preestabelecida entre as referidas primeira e segunda direções de trabalho (T1, T2), onde a referida curva de junção (R) apresenta uma distância da trajetória de trabalho (T) preestabelecida não superior ao raio da região de fornecimento (G1, G2, G3, G4) do referido fluxo; - levantar a posição atual do eixo do fluxo do gás auxiliar; e - regular automaticamente a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) em função da posição atual e/ou da direção de translação atual do eixo do fluxo do gás auxiliar levantada de tal forma que se mantenha o eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) endereçado a referida trajetória de trabalho (T) preestabelecida, sendo que a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) é controlada para estabelecer a referida posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) em uma área do plano de trabalho (II) sobre o material metálico (WT) compreendida em um entorno predeterminado do eixo do fluxo do gás auxiliar e dentro de uma região de fornecimento (G1, G2, G3, G4) do referido fluxo.

2. Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por controlar a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) do elemento reflexivo de superfície controlada (200) compreende controlar uma combinação de movimentos das referidas áreas (200a-200r) com relação a uma superfície reflexiva plana de referência.

3. Procedimento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por controlar uma combinação de movimentos das referidas áreas (200a-200r) de reflexão do elemento reflexivo de superfície controlada (200) compreende controlar a translação de 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 óptico do elemento reflexivo (200).

4. Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a regulagem automática da posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) em função da posição atual e/ou a direção de translação atual levantada pelo eixo do fluxo do gás auxiliar é atuada por referência a um modelo ou programa de regulagem preestabelecido.

5. Procedimento, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender a predisposição de um elemento reflexivo deformável em superfície controlada (200) possuindo uma superfície reflexiva em curvatura contínua incluindo diversas áreas reflexivas (200a-200r) movimentadas independentemente por meio de uma diversidade correspondente de módulos de movimentação que contém uma área central e diversas fileiras de setores de coroa circular concêntricas a referida área central.

6. Procedimento, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por as referidas fileiras de setores de coroa circulares concêntricas são em número de 6, os setores de coroa circular são em número de 8 por cada fileira, e a altura dos setores de coroa circulares é crescente da primeira para a terceira fileira e da quarta para a sexta fileira em direção radial para o exterior do elemento reflexivo, a altura dos setores de coroa circular da quarta fileira sendo intermediária entra a altura dos setores de coroa circular da primeira e da segunda fileira.

7. Máquina para o trabalho laser de um material metálico, para realização do procedimento definido na reivindicação 1, em particular o corte, a perfuração e a soldagem laser do referido material, por meio de um feixe do laser (B) focalizado possuindo uma distribuição de potência transversal distribuída em correspondência a pelo menos um plano de trabalho (II) do material metálico (WP), compreendendo: - uma fonte de emissão (10) do feixe do laser; - meios (12a, 12b, 12c, 12d) para conduzir o feixe do laser (B) emitido pela referida fonte de emissão (10) ao longo de um percurso óptico de transporte do feixe do laser a uma cabeça de trabalho (14) disposta nas proximidades do referido material metálico (WP); - meios ópticos (120) de colimação do feixe do 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 do laser (B) colimado em uma área de um plano de trabalho (II) do referido material metálico (WP); no qual pelo menos os meios ópticos de focalização (16, 140) do referido feixe do laser (B) colimado são transportados da referida cabeça de trabalho (14) a uma distância controlada do referido material metálico (WP); e - meios de controle da posição recíproca entre a cabeça de trabalho (14) e o referido material metálico (WP), capazes de conduzir o referido feixe do laser (B) focalizado ao longo de uma trajetória de trabalho (T) sobre o material metálico (WP) compreendendo uma sucessão de áreas de trabalho (T1, T2), - meios ópticos (180) de conformação do feixe do laser (B) incluindo um elemento reflexivo deformável com a superfície controlada (200) possuindo uma superfície reflexiva de curvatura continua compreendendo uma diversidade de área de reflexão (200a-200r) independentes movimentáveis, capaz de refletir o referido feixe do laser (B) colimado, a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) sendo capaz de estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em correspondência de ao menos um plano de trabalho (II) do material metálico (WP); e - meios eletrônicos de elaboração e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) dispostos para controlar a disposição de ditas áreas de reflexão (200a-200r) para estabelecer uma distribuição de potencia transversal predeterminada do feixe (B) em ao menos um plano de trabalho (II) do material metálico (WP) em função da área do plano de trabalho (II) atual e/ou da direção atual do trajeto de trabalho (T) sobre o material metálico (WP) caracterizado por compreender um bocal (18) para dispensa de um fluxo de gás auxiliar em direção à área de trabalho sobre o material (WP), e por os ditos meios eletrônicos de processamento e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) serem dispostos ainda para: - controlar a translação relativa do eixo do fluxo de gás auxiliar quando o trajeto de trabalho (T) predeterminado sobre o material metálico (WP) variar de uma primeira para uma segunda direção de trabalho (T1, T2), de acordo com direções intermediárias ao longo de uma curva de junção (R) predeterminada entre a dita primeira e segunda direção de trabalho (T1, T2), sendo que a dita curva de junção (R) tem uma distância a partir do trajeto de trabalho (T) predeterminado não maior do que o radio da região de fornecimento (G1, G2, G3, G4) de dito fluxo; - detectar a posição atual do eixo do fluxo de gás auxiliar; e - controlar a disposição de ditas áreas de reflexão (200a-200r) para ajustar automaticamente a 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 do eixo do fluxo de gás auxiliar de modo a manter o eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) direcionado ao longo de dito trajeto de trabalho (T) predeterminado e estabelecer a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) em uma área do plano de trabalho (II) sobre o material metálico (WP) compreendido em um entorno predeterminado do eixo do fluxo de gás auxiliar e dentro de uma região de fornecimento (G1, G2, G3, G4) de dito fluxo.

8. Elementos de memória (M) acessados por meios eletrônicos de processamento e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) e contendo instruções para execução de um procedimento de conformação de um feixe laser (B), conforme definido na reivindicação 1, para atuação de máquina para o trabalho laser de um material metálico (WP), caracterizado por a dita máquina compreender: meios ópticos (180) de conformação do feixe do laser (B) incluindo um elemento reflexivo deformável com a superfície controlada (200) possuindo uma superfície reflexiva de curvatura continua compreendendo uma diversidade de área de reflexão (200a-200r) independentes movimentáveis, capaz de refletir o referido feixe do laser (B) colimado, a disposição das referidas áreas de reflexão (200a-200r) sendo capaz de estabelecer uma distribuição de potência transversal predeterminada do feixe (B) em correspondência de ao menos um plano de trabalho (II) do material metálico (WP); e meios eletrônicos de elaboração e controle (ECU, CM1, CM2, CM3) dispostos para controlar a disposição de ditas áreas de reflexão (200a-200r) para estabelecer uma distribuição de potencia transversal predeterminada do feixe (B) em ao menos um plano de trabalho (II) do material metálico (WP) em função da área do plano de trabalho (II) atual e/ou da direção atual do trajeto de trabalho (T) sobre o material metálico (WP), e por o dito procedimento de conformação do feixe do laser (B) compreender o controle da disposição de ditas áreas de reflexão (200a-200r) para ajustar automaticamente a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) em função da posição atual e/ou da direção de translação atual do eixo do fluxo de gás auxiliar de modo a manter o eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) direcionado ao longo de dito trajeto de trabalho (T) predeterminado e estabelecer a posição do eixo óptico de propagação do feixe do laser (B) em uma área do plano de trabalho (II) sobre o material metálico (WP) compreendida em um entorno predeterminado do eixo do fluxo de gás auxiliar e dentro de uma região de fornecimento (G1, G2, G3, G4) de dito fluxo, quando o eixo do fluxo de gás auxiliar for controlado em translação quando o trajeto de trabalho (T) predeterminado sobre o material metálico (WP) variar a partir de uma primeira para uma segunda direção de trabalho (T1, T2), de acordo com direções intermediárias ao longo de uma curva de junção (R) predeterminada entre a dita primeira e segunda direção de trabalho (T1, T2), sendo que a dita curva de junção (R) tem uma distância a partir do trajeto de trabalho (T) predeterminado não maior do que o radio da região de fornecimento (G1, G2, G3, G4) de dito fluxo.