BR102020024926A2

BR102020024926A2 - Bico de ângulo reto para gravação e corte de peças cilíndricas em eixos rotativos em máquinas laser de co2

Info

Publication number: BR102020024926A2
Application number: BR102020024926-6A
Authority: BR
Inventors: Armin Sonnenhohl; Ederson Luiz Silva; Luiz Carlos Pinage De Lima Filho
Original assignee: Due Laser Maquinas Ltda Me
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-21

Abstract

A presente patente trata de dispositivo que deve ser acoplado a cabeça de corte de uma máquina a laser de CO2, com o objetivo de desviar o feixe de laser em um ângulo de 90° através de espelho e lente. Dessa forma, é possível processar peças cilíndricas de tamanhos variados, em eixo rotativo, localizadas fora da máquina a laser de CO2, inclusive peças de grande porte, sem alterar o tamanho da máquina, apenas acoplando o dispositivo e desviando o feixe de laser. O dispositivo utiliza espelho e lente para desviar o feixe de laser, e pode ser acoplado de diferentes formas a cabeça de corte de máquinas de laser de CO2 convencionais.

Description

BICO DE ÂNGULO RETO PARA GRAVAÇÃO E CORTE DE PEÇAS CILÍNDRICAS EM EIXOS ROTATIVOS EM MÁQUINAS LASER DE CO2

SETOR TECNOLÓGICO DA INVENÇÃO

[001] De uma maneira geral, a presente invenção pertence ao setor máquinas de marcação e corte a laser, e se refere, mais especificamente, a um dispositivo que pode ser acoplado a cabeça de máquinas a laser com o objetivo de desviar o feixe de laser em um ângulo de 90º.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] A tecnologia a laser é muito utilizada na indústria no processamento de materiais, em técnicas de soldagem, corte, tratamento térmico superficial, usinagem e gravação de materiais de chapas planas, materiais estruturais e tubulação, garantindo um acabamento superficial de alta qualidade. Além de proporcionar um acabamento preciso e alta qualidade, o processamento a laser possui alta versatilidade, podendo ser aplicado em diferentes tipos de material, como aço carbono, aço galvanizado, aço inoxidável, alumínio e suas ligas, titânio, plástico e acrílico, borracha e compósitos, madeira, papel, couro e tecidos, vidros e quartzo.

[003] Nas máquinas de corte e gravação a laser, o laser de alta potência é emito pela fonte e direcionado e focado, através de um sistema de espelhos e lentes localizados num equipamento de emissão de laser, comumente chamado de cabeça de corte, para a peça processada. A cabeça de corte recebe o feixe de laser da fonte e possui, em seu interior, sistema de espelhos e lentes que redirecionam e focam o feixe de acordo com a aplicação desejada.

[004] Em máquinas a laser de CO2, usualmente a cabeça de corte possui conjunto de 3 espelhos e lentes, que direcionam o feixe de laser para a peça processada. Nesse tipo de máquina, a cabeça de corte geralmente direciona o feixe de laser para baixo, numa direção perpendicular ao chão (plano XY). A peça processada é colocada abaixo da cabeça corte e, consequentemente, na direção do laser. A altura/distância entre a cabeça de corte e a peça, para alcançar o foco ideal e, assim, a melhor eficiência e qualidade no processamento, é calculada pelo sistema de controle da máquina. As máquinas possuem sistema que movimenta a cabeça de corte no plano XY, sem movimento de altura, movimentando o laser ao longo da peça de acordo com o processamento escolhido.

[005] O tamanho da peça a ser processada influencia diretamente na altura de foco ideal e, assim, no tamanho da máquina. Além disso, peças cilíndricas apresentam a dificuldade de ajuste de foco, pois a superfície a ser processada não é plana, como uma chapa, sendo necessários ajustes na altura do foco ideal. Peças cilíndricas geralmente requerem processamento em toda a superfície externa, gravação, por exemplo. Assim, geralmente são colocadas em eixos rotativos que giram a peça durante o processamento da mesma. O eixo representa, portanto, outra característica que pode influenciar na altura do foco e da máquina como um todo.

[006] O documento de patente DE3503401A1 - GUIDING DEVICE FOR A LASER BEAM, PREFERABLY FOR THREE-DIMENSIONAL WORKPIECE MACHINING, apresenta uma solução para desviar feixes de laser em máquinas de laser de CO2 através de espelhos. A solução apresenta configuração complexa, que prevê movimentos articulados na cabeça de corte.

[007] O documento de patente WO2010094449A8 - HEAD FOR THE CONTINUOUS PRECISION MACHINING ON THREE-DIMENSIONAL BODIES AND MACHINING EQUIPMENT THAT COMPRISES SAID HEAD apresenta uma cabeça de corte que possui jogo de espelhos e lentes para direcionar o feixe de laser para baixo em máquinas de laser.

[008] O documento de patente BR 10 2015 002909 8 - APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM EQUIPAMENTO MÓVEL COM DISPOSITIVO DE GRAVAÇÃO A LASER PARA MARCAÇÃO DE PNEUS EM GERAL apresenta um equipamento para gravar pneus através de laser de CO2. Os pneus são posicionados fora da máquina e o feixe é direcionado para frente do equipamento. O equipamento é complexo e para uso único, marcação de pneus

[009] Conforme apontado anteriormente, a gravação e/ou corte de peças cilíndricas de grande porte pode ser considerada uma limitação para máquinas de laser de CO2. As peças cilíndricas a serem tratadas devem ser colocadas abaixo da cabeça de corte, na altura de foco ideal, sendo necessário que a altura da própria máquina seja maior que as usualmente utilizadas no mercado.

[0010] Além disso, para que o corte ou a gravação possa ser aplicado em toda a extensão da peça cilíndrica, se faz necessário o uso de eixos rotativos que giram e ajustam a altura da peça em relação a cabeça de corte da máquina laser, sempre com o objetivo de manter o foco ideal e, consequentemente, a qualidade da marcação ou corte. O eixo rotativo também influencia diretamente na altura da máquina.

[0011] O invento descrito nesta patente permite que máquinas usuais de gravação e corte a laser de CO2 possam ser utilizadas para o processamento de peças cilíndricas, em eixos rotativos, de tamanhos variados, inclusive peças de grande porte, com o mínimo de modificações na máquina laser. Assim, máquinas consideradas pequenas podem ser utilizadas para processamento de peças cilíndricas de tamanho variados.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0012] Com o objetivo de solucionar o problema acima, a presente patente apresenta um dispositivo que pode ser acoplado a cabeça de corte de máquinas a laser de CO2 convencionais, desviando o feixe de laser em um ângulo de 90° e permitindo o processamento de peças cilíndricas, em eixo rotativo e de tamanhos variados, inclusive peças de grande porte. Ao desviar o feixe de laser em 90°, o mesmo deixa de ser direcionado para baixo, perpendicularmente ao chão, plano XY, e passa a ser direcionado para a parte frontal da máquina a laser, paralelamente ao chão, permitindo que o eixo rotativo com a peça possa ser localizado fora máquina. Assim, a mesma máquina a laser de CO2 pode ser utilizada para processar peças convencionais e também peças cilíndricas de grande porte.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS ANEXOS

[0013] A fim de que o presente invento seja plenamente compreendido e levado à prática por qualquer técnico deste setor tecnológico, o mesma será descrito de forma clara, concisa e suficiente, tendo como base os desenhos anexos, que a ilustram e subsidiam abaixo listados:
Figura 1 representa uma cabeça de corte convencional de máquinas a laser;
Figura 2 representa uma foto de uma cabeça de corte convencional de máquinas a laser;
Figura 3 representa o bico de ângulo reto que pode ser acoplado a cabeça de corte;
Figura 4 representa uma vista explodida do bico de ângulo reto, destacando seus componentes;
Figura 5 representa uma cabeça de corte de máquina a laser com o bico de ângulo reto acoplado;
Figura 6 representa uma foto de uma cabeça de corte com bico de ângulo reto acoplado.
Figura 7 representa uma cabeça de corte convencional processando uma peça localizada abaixo do bico, com destaque para os eixos X, Y e Z em relação a peça.
Figura 8 representa uma cabeça de corte com bico de ângulo reto acoplado processando uma peça cilíndrica em eixo rotativo localizada na frente do bico, com destaque para os eixos X, Y e Z em relação a peça, e inversão dos eixos Y e Z em relação a peça.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0014] Conforme Figura 1 e Figura 2, na cabeça de corte (1) de máquina a laser de CO2 convencional, o feixe de laser (3) proveniente da fonte é direcionado, na saída da cabeça de corte (11), para baixo, perpendicularmente ao chão. Utilizando esse tipo de cabeça de corte (1), a peça processada deve ser localizada abaixo do cabeça de corte (1) e a altura/distância de foco é calculada e ajustada pelo sistema de controle da máquina. A máquina a laser de CO2 usual possui sistema que movimenta a cabeça de corte (1) paralelamente ao chão, no plano XY, permitindo que a gravação ou corte seja executado na peça abaixo de acordo com a programação.

[0015] O bico de ângulo reto (2), exposto nas Figuras 3 e 4, é acoplado a cabeça de corte (1) de máquinas a laser de CO2, desviando o feixe de laser (3) num ângulo de 90º, direcionando-o para a frente da máquina a laser, paralelamente ao chão. O eixo rotativo contendo a peça cilíndrica a ser processada se encontra na frente da máquina a laser, de forma que o feixe de laser (3) desviado seja direcionado para a peça. A distância de foco ideal é calculada e ajustada pelo sistema de controle da própria máquina a laser de CO2. A movimentação usual da cabeça de corte (1), que ocorre no plano paralelo ao chão (plano XY), continua a ocorrer da mesma forma, porém, ocorre a inversão do eixo Y e Z em relação à peça. Com a cabeça de corte (1) convencional, a distância entre a peça (7) processada e a cabeça de corte (1) é medida no eixo Z. Porém, com o bico de ângulo reto (2) acoplado, a distância entre a cabeça de corte com bico acoplado (4) e a peça processada (7) é medida no eixo Y original. Assim, pode-se considerar que ocorre uma inversão entre o eixo Y e Z em relação a peça. Essa inversão é mostrada nas Figuras 7 e 8, que mostram a peça (7) sendo processada pela cabeça de corte (1) convencional (Figura 7); e a peça (7) sendo processada pela cabeça de corte com bico acoplado (4) (Figura 8).

[0016] Dessa forma, a movimentação usual da cabeça de corte (1) no eixo Y, passa a ocorrer no eixo aparente Z em relação a peça processada, que é a distância entre a cabeça de corte com bico acoplado (4) e a peça processada (7), como pode ser observado na Figura 8. Assim, peças cilíndricas que não possuem diâmetro uniforme podem ser facilmente processadas, com o ajuste da distância focal sendo feito pelo sistema de controle da máquina, movimentando a cabeça de corte com bico acoplado (4) ao longo do eixo original Y, que é o eixo aparente Z em relação a peça (7) processada.

[0017] De acordo com a Figura 4, o bico de ângulo reto (2) é formado por estrutura principal (21), suporte de espelho (22), espelho (23) e suporte de lente (24). O espelho (23) é encaixado no suporte de espelho (22), que por sua vez é encaixado na estrutura principal (21) em um ângulo de 45º, o que garante o desvio de 90º na direção do feixe de laser (3). A estrutura principal (21) possui o orifício de entrada (26), por onde o feixe de laser proveniente da cabeça de corte (1) entra no bico de ângulo reto (2). O suporte de lente (24) é encaixado no orifício de saída (27) do bico de ângulo reto (2), e contém a lente responsável pelo foco do feixe de laser (3). Além de manter todos os componentes do bico de ângulo reto (2), na estrutura principal (21) é que ocorre o acoplamento do bico de ângulo reto (2) a cabeça de corte (1), através dos orifícios de fixação (25). O acoplamento pode ser feito por diferentes meios convencionais, como encaixe macho/fêmea, encaixe telescópico, e, preferencialmente, por parafusos através dos orifícios (25). Diferentes formas de acoplamento presentes no Estado da Técnica podem ser utilizadas. A estrutura principal (21), suporte de espelho (22) e suporte de lente (24) podem ser usinadas em diferentes materiais convencionais, sendo usinadas preferencialmente em alumínio. O espelho (23) pode ser qualquer espelho utilizado em máquinas a laser, sendo preferencialmente de molibdênio. A espessura do espelho e o tamanho da peças e, consequentemente do bico de ângulo reto (2), pode variar de acordo com a máquina a laser de CO2 onde será acoplado, sendo essa uma característica que dá ainda mais versatilidade ao dispositivo.

[0018] Nas Figuras 5 e 6, pode-se observar a cabeça de corte com bico acoplado (4), formada pela cabeça de corte (1) original e pelo bico de ângulo reto (2). O bico de ângulo reto (2) é acoplado na saída (11) da cabeça de corte (1). O feixe de laser (3), anteriormente direcionado para baixo através da saída (11), atinge o espelho (23) do bico de ângulo reto (2) e é desviado em um ângulo de 90°, sendo direcionado para a frente da máquina, através do suporte de lente (24). A peça cilíndrica a ser processada é localizada no eixo rotativo na frente da máquina a laser de CO2, de forma que o feixe de laser (3) desviado seja direcionado a peça.

[0019] Assim, o aperfeiçoamento proposto na presente patente alcança o objetivo de permitir, de forma simples e prática, o processamento de peças cilíndricas, em eixos rotativos, de tamanhos variados, em máquinas a laser e CO2. Com o simples acoplamento do bico de ângulo reto (2) a cabeças de corte (1) convencionais de máquinas a laser de CO2, peças cilíndricas de grande porte podem ser processadas, sem que qualquer outra alteração na estrutura da máquina seja necessária. Portanto, máquinas convencionais podem ser utilizadas tanto para processamento de peças usuais, quanto para processamento de peças cilíndricas em eixo rotativo.

[0020] É importante salientar que as figuras e descrição realizadas não possuem o condão de limitar as formas de execução do conceito inventivo ora proposto, mas sim de ilustrar e tornar compreensíveis as inovações conceituais reveladas nesta solução. Desse modo, as descrições e imagens devem ser interpretadas de forma ilustrativa e não restritivas, podendo apresentar variações nas suas dimensões, proporções e formas geométricas, seja do conjunto ou de seus elementos isoladamente, desde que sejam mantidas as suas características particulares, e que são essenciais ao conceito inventivo ora revelado e que não fujam do espectro de proteção delineado na solução proposta

Claims

BICO DE ÂNGULO RETO PARA GRAVAÇÃO E CORTE DE PEÇAS CILÍNDRICAS EM EIXOS ROTATIVOS EM MÁQUINAS LASER DE CO2 que desvia o feixe de laser através de sistema de espelho caracterizado por ser formado por estrutura principal (21), suporte de espelho (22), espelho (23) e suporte de lente (24); e pelo conjunto suporte de espelho (22) e espelho (23) formarem um ângulo de 45º em relação ao plano XY, e pelo suporte de lente (24) estar localizado na saída do bico de ângulo reto (2); e estrutura principal ser acoplada na cabeça de corte (1) através de elementos de fixação.
BICO DE ÂNGULO RETO PARA GRAVAÇÃO E CORTE DE PEÇAS CILÍNDRICAS EM EIXOS ROTATIVOS EM MÁQUINAS LASER DE CO2, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por estrutura principal (21) possuir orifício de entrada (26) na sua superfície superior, superfície lateral em ângulo de 45º em relação ao plano XY, formada pelo conjunto suporte de espelho (22) e espelho (23), orifícios de fixação (25) e orifício de saída (27)
BICO DE ÂNGULO RETO PARA GRAVAÇÃO E CORTE DE PEÇAS CILÍNDRICAS EM EIXOS ROTATIVOS EM MÁQUINAS LASER DE CO2, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos elementos de fixação serem parafusos.
BICO DE ÂNGULO RETO PARA GRAVAÇÃO E CORTE DE PEÇAS CILÍNDRICAS EM EIXOS ROTATIVOS EM MÁQUINAS LASER DE CO2, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por permitir o ajuste da distância de foco entre a peça (7) processada e a cabeça de corte com bico acoplado (4) através da movimentação ao longo do eixo original Y.