ES2332900T3 - Sistema y procedimiento para desplazar un punto de focalizacion de una radiacion laser de potencia. - Google Patents
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Abstract
Sistema para desplazar un punto (4) de focalización de una radiación láser de potencia a lo largo de una trayectoria (6) presenta en la superficie de un objeto que se va a tratar, siendo la radiación láser apta para calentar dicha superficie a fin de realizar unas operaciones de soldadura/de corte o de soldadura a tope, comprendiendo este sistema - un dispositivo (42) de colimación de la radiación láser, - una lente (50) de focalización de la radiación láser colimada sobre el punto de focalización, - un dispositivo (24) de desplazamiento en traslación de la lente de focalización (50) con respecto al dispositivo de colimación (42), para desplazar el punto (4) de focalización de la radiación láser desplazando únicamente la lente de focalización (50), y - un robot equipado con un brazo articulado, estando montado el dispositivo de desplazamiento de la lente de focalización en el extremo de este brazo articulado, caracterizado por el hecho de que el robot es apto para desplazar el extremo de este brazo articulado a lo largo de una trayectoria pre-grabada, que corresponde aproximadamente a la trayectoria presente en la superficie del objeto que se va tratar, asociándose el robot (14) a un medio de almacenamiento de informaciones (30), el cual contiene la trayectoria pre-grabada, que debe seguir el punto de focalización (4), y comprendiendo el robot (14) unos medios para convertir esta trayectoria pregrabada en instrucciones para desplazar el punto de focalización (4) aproximadamente a lo largo de la trayectoria (6), y por el hecho de que el dispositivo (24) de desplazamiento es apto para desplazar la lente de focalización (50) con respecto a la trayectoria pregrabada de manera a compensar una divergencia o diferencia entre la posición actual del punto de focalización y la trayectoria sobre la superficie del objeto en el momento de los desplazamientos del extremo del brazo articulado a lo largo de la trayectoria pre-grabada, comprendiendo el sistema una fuente (46) de radiación coherente apropiada para trazar sobre la superficie del objeto a tratar una señal luminosa, la cual indica la posición de la trayectoria (6), así como unos medios de localización (54) de una señal luminosa (56) la cual representa la posición de la trayectoria (6), y una unidad de sometimiento o sujeción (48), que comprende un módulo de análisis (86) de las señales transmitidas por los medios de localización (54) a fin de establecer un valor de divergencia o diferencia entre la posición real del punto de focalización (4) y la trayectoria (6), y un módulo de mando (88) del dispositivo de desplazamiento (24) en función del valor de divergencia establecido por el módulo de análisis (86).
Description
Sistema y procedimiento para desplazar un punto
de focalización de una radiación láser de potencia.
La invención se refiere a un sistema y a un
procedimiento para desplazar un punto de focalización de una
radiación láser de potencia a lo largo de una trayectoria presente
sobre la superficie de un objeto a tratar de conformidad con el
preámbulo de las reivindicaciones 1 y 11 (véase, por ejemplo, JP
59/141 392 A).
Los sistemas conocidos de este tipo comportan,
al menos:
- -
- un dispositivo de colimación de la radiación láser, y
- -
- un dispositivo de focalización de la radiación láser colimada sobre el punto de focalización.
En el caso de los sistemas conocidos, se admite
que los ejes del dispositivo de focalización y del dispositivo de
colimación deben coincidir. Por consiguiente, en los sistemas
conocidos, el dispositivo de focalización y el dispositivo de
colimación van rígidamente fijos a un mismo bastidor movible de
manera a mantener una alineación constante entre los dos
dispositivos. Por tanto, para desplazar el punto de focalización
creado por el dispositivo de focalización a lo largo de una
trayectoria presente sobre la superficie de un objeto a tratar, es
necesario desplazar el bastidor, sobre el cual van fijados los
dispositivos de colimación y de focalización. En el caso en que la
radiación láser de potencia se utiliza para soldar entre sí unas
placas metálicas, el peso de un tal bastidor movible varía de 7 a
10 kgs. En efecto, además de los dispositivos de colimación y de
focalización, el bastidor se usa igualmente para fijar otros
elementos, tales como toberas o boquillas de soplado de gas inerte,
medios de guía de hilo o alambre de aporte u otros.
Clásicamente, la posición de este bastidor
movible está sujeta a la de la trayectoria a seguir sobre el
objeto. Sin embargo, aunque la posición de este bastidor movible se
someta o sujete a la trayectoria a seguir, se señalan unas
divergencias importantes, del orden de 0,5 a 1 mm. entre la
posición real del punto de focalización y la trayectoria a seguir
cuando esta trayectoria presenta unos ángulos. Por ejemplo, si la
trayectoria es rectilínea sobre algunos centímetros, luego vuelve
al ángulo recto describiendo un cuarto de círculo, cuyo radio de
curvatura queda comprendido entre 20 y 50 mm. se observa
frecuentemente una divergencia o diferencia máxima de 0,7 mm. entre
la posición del punto de focalización y la trayectoria a seguir. En
efecto, la precisión del sometimiento queda limitada para la energía
cinética del bastidor movible. Se ha propuesto reducir esta
diferencia o divergencia limitando la velocidad de desplazamiento
del bastidor movible, pero una medida de esta naturaleza es
contraproductiva. Otra solución consistiría en utilizar un
accionador más potente para mandar los desplazamientos del bastidor
movible. Sin embargo, este accionador va generalmente montado en el
extremo de un brazo articulado de un robot adecuado para desplazar
el accionador a lo largo de una trayectoria aproximativa
pre-registrada, no desplazando el accionador el
bastidor movible más que para compensar las diferencias o
divergencias entre esta trayectoria pre-registrada y
la trayectoria presente sobre la superficie del objeto que se va a
tratar. No se puede aumentar el peso de este accionador, puesto que
es transportado el mismo por el brazo del robot. Así pues, la
potencia de este accionador no se puede acrecentar de manera
inconsiderada sin penalizar los rendimientos de los sistemas por
otro lado. Se comprende, pues, que a causa de la potencia limitada
del accionador las divergencias o diferencias observadas se
provoquen por la incapacidad de este accionador para compensar
eficazmente la energía cinética del bastidor movible.
En US 4 997 150, US 4 896 944, US 5 059 759 y US
5 667 707 se describen unos dispositivos de desplazamiento de una
lente de focalización con respecto a un dispositivo de
colimación.
La invención trata de remediar este
inconveniente al proponer un sistema, en el cual se limitan las
diferencias o discrepancias entre la trayectoria efectivamente
seguida por el punto de focalización y la trayectoria a seguir
sobre la superficie del objeto que se va a tratar.
Así pues, la invención tiene por objeto un
sistema conforme a la reivindicación 1 para desplazar un punto de
focalización de una radiación láser de potencia a lo largo de una
trayectoria presente sobre la superficie de un objeto que se va a
tratar.
En el caso del sistema descrito más arriba, ya
no es el conjunto formado por el dispositivo de focalización y el
dispositivo de colimación el que se desplaza, sino solamente el
dispositivo de focalización. Por consiguiente, ya no es necesario
montar el dispositivo de colimación sobre el bastidor movible, y el
peso del bastidor movible se encuentra aligerado. Por consiguiente,
se reducen los errores de sujeción o por sometimiento debidos a la
energía sin que sea necesario limitar la velocidad de desplazamiento
del bastidor movible o utilizar un accionador más potente.
Otras características del sistema conforme a la
invención aparecen en las reivindicaciones dependientes.
La invención tiene igualmente por objeto un
procedimiento conforme a la reivindicación 11 para desplazar un
punto de focalización de una radiación láser de potencia a lo largo
de una trayectoria presente sobre la superficie de un objeto.
Otras características de un procedimiento
conforme a la invención se ponen de manifiesto en las
reivindicaciones dependientes.
La invención será comprendida mejor con la
lectura de la subsiguiente descripción, dada únicamente a título de
ejemplo, y refiriéndose a los dibujos, en los cuales:
- la figura 1 es una ilustración esquemática de
un sistema para desplazar un punto de focalización de una radiación
láser de potencia conforme a la invención;
- la figura 2 es una vista agrandada de una
porción de un dispositivo de desplazamiento utilizado en el sistema
de la figura 1;
- la figura 3 es un organigrama de un
procedimiento para desplazar un punto de focalización de una
radiación láser de potencia conforme a la invención; y
- la figura 4 es una ilustración esquemática de
trayectorias seguidas por un punto de focalización, obtenidas con
la ayuda de un sistema conocido y de un sistema conforme a la
invención.
La figura 1 representa un sistema, designado por
la referencia general 2, para desplazar un punto 4 de focalización
de una radiación láser de potencia destinada a calentar una junta
de soldadura 6 entre dos placas metálicas 8, 10 para soldarlas entre
sí a lo largo de esta junta de soldadura 6.
En la figura 1 sólo se representan los elementos
necesarios para la realización y para la comprensión de la
invención. No han sido representados, de manera a aligerar esta
ilustración, los elementos clásicos de los sistemas de soldado
mediante láser, tales como, por ejemplo, boquillas o toberas de
soplado de gas inerte para evitar la oxidación de la soldadura, o
medios para guiar el hilo o alambre de aportación a lo largo de la
junta de soldadura.
Aquí, la junta de soldadura 6 forma la
trayectoria a seguir sobre la superficie del objeto 8, 10, que se
va a tratar. Esta trayectoria a seguir 6 presenta unas partes
curvas con un pequeño radio de curvatura, típicamente inferior a 20
mm, hasta incluso unos ángulos agudos u obtusos.
Sobre el punto 4 se representa un punto de
referencia ortonormado con tres ejes x, y, z.
El eje x es tangente a la trayectoria 6 a nivel del punto de
focalización 4. El eje y es ortogonal al eje x y
tangente a la superficie del objeto 8, 10 a tratar a nivel del punto
de focalización 4. El eje z es ortogonal a la superficie del
objeto 8, 10 a nivel del punto de focalización 4.
El sistema 2 comporta principalmente un robot o
autómata 14 equipado con un brazo articulado 16 en el extremo del
cual se fija, por intermedio de una articulación pivotante 18, un
bastidor de soporte 20. Un bastidor movible 20 o equipo movible va
unido al bastidor de soporte 20 por intermedio de un dispositivo de
desplazamiento 24.
El robot o autómata 14 está asociado a una
memoria 30, que constituye un medio de almacenamiento de
informaciones y contiene una trayectoria
pre-registrada formada, por ejemplo, por una
multitud de puntos. Esta trayectoria pre-registrada
o pre-grabada corresponde a la trayectoria, que
debe seguir el bastidor de soporte 20 para que el punto de
focalización 4 siga aproximadamente la trayectoria 6. El robot 4 es
capaz de convertir esta trayectoria pre-registrada
o pre-grabada, en unas instrucciones de
desplazamiento del brazo articulado 16 para que el bastidor de
soporte 20, y más concretamente el punto de focalización 4, se
desplace aproximadamente a lo largo de la trayectoria 6. Estos
desplazamientos del brazo del robot 14 no están sometidos a la
trayectoria 6. Esta trayectoria está registrada o grabada, por
ejemplo, con la ayuda de un procedimiento de aprendizaje.
La articulación 18 está destinada a mantener
permanentemente la radiación láser, que forma el punto de
focalización 4, colineal con el eje z en el momento de los
desplazamientos del punto de focalización a lo largo de la
trayectoria 6. A este efecto, por ejemplo, la articulación
pivotante únicamente apta para girar alrededor de un eje mantenido
paralelo al eje y. Estas rotaciones se mandan, por ejemplo,
por el robot 14 a partir de la trayectoria
pre-grabada en su memoria 30. Aquí, la inclinación
del bastidor 20 de soporte se mantiene en permanencia constante con
respecto al eje z y, con preferencia, la radiación láser de
potencia y el eje z son colineales.
Al bastidor de soporte 20 van fijados,
rígidamente y sin ningún grado de libertad, el dispositivo de
desplazamiento 24, una lente de colimación 42, un cubo separador
44, una fuente de radiación coherente 46 y una unidad 48 de
sujeción del dispositivo de desplazamiento 24.
El dispositivo de desplazamiento 24 es apto para
desplazar, únicamente en traslación a lo largo de los ejes y
y z, el bastidor movible 22, sobre el cual van fijos, de
manera rígida y sin ningún grado de libertad, una lente de
focalización 50, un espejo reflectante 53 y unos medios 54 de
localización de una señal luminosa 56 de la posición de la
trayectoria 6.
La lente de colimación 42 es adecuada para
transformar una radiación láser no colimada en una radiación láser
colimada, es decir, cuyos rayos, en su totalidad, son paralelos
entre sí. A este efecto, la lente de colimación 42 está asociada de
forma rígida a un extremo de una fibra óptica 60 apropiada para
transportar una radiación láser de potencia. Aquí, el otro extremo
de esta fibra óptica 60 está asociado a una fuente 62 de radiación
láser de potencia YAG
(Itrio-Aluminio-Garnet Láser), cuya
potencia está comprendida, por ejemplo, entre 2 y 4 kW.
Típicamente, la fibra óptica láser 60 está alojada dentro de una
funda rígida 64, cuyo diámetro queda comprendido entre 4 y 6
mm.
El cubo separador 44 está dispuesto con respecto
a la lente de colimación 42 de manera a recibir, perpendicularmente
a una de sus caras 66, la radiación láser colimada, y a transmitir,
a través de una cara 68 opuesta a la cara 66, esta misma radiación
láser colimada hacia la lente de focalización 50. El cubo separador
44 comporta una lámina semitransparente 70 inclinada 45º con
respecto a los rayos colimados de la radiación láser y vuelta hacia
la fuente de radiación coherente 46. Esta lámina semitransparente
70 deja pasar más del 98% de la radiación láser de potencia y
reflecta la mayoría de radiación coherente emitida por la fuente de
radiación 46 hacia la lente de focalización 50.
La radiación coherente emitida por la fuente 46
es, aquí, una radiación láser de baja potencia destinada a trazar
sobre la superficie del objeto 8, 10 una señal luminosa adecuada
para indicar la posición de la trayectoria 6. Aquí, esta fuente 46
es, por ejemplo, una fuente de radiación láser helio - neón
dispuesta con respecto a la lámina
semi-transparente 70 de manera que la radiación
coherente, después de haber sido reflectada sobre esta lámina
semi-transparente 70, traza sobre la superficie del
objeto 8, 10 una línea 74 paralela al eje y y en avance de
0,8 a 8 milímetros sobre el punto de focalización 4 en su dirección
de desplazamiento. Esta línea 74 se deforma a nivel del punto de
intersección con una ranura que forma la junta de soldadura 6. Esta
deformación crea la señal luminosa 56.
El espejo 52 es apropiado para reflectar la luz
difundida por la señal luminosa 56 hacia los medios de localización
o identificación 54, los cuales comportan aquí una óptica 80 de
adquisición y de focalización de la imagen y un transductor 82
adecuado para convertir la imagen adquirida en señales eléctricas
transmitidas hacia la unidad de sometimiento o sujeción 48. El
transductor 82 es, por ejemplo, un sensor fotosensible CCD
(Charge-Coupled Device).
La unidad de sometimiento o sujeción 48 comporta
un módulo 86 de análisis de las señales eléctricas transmitidas por
los medios de localización 54, apto para establecer un valor de
divergencia o diferencia entre la posición real del punto de
focalización 4 y la trayectoria 6. Este valor de divergencia o
desviación comporta unos componentes horizontales y verticales
representativos de la distancia que separa el punto de focalización
4 de la trayectoria 6 a lo largo del eje y y del eje
z, respectivamente.
La unidad de sometimiento o sujeción 48 comporta
igualmente un módulo 88 de mando del dispositivo de desplazamiento
24 en función del valor de divergencia o diferencia establecido por
el módulo de análisis 86. Aquí, el módulo de mando es apropiado
para transmitir unas consignas de desplazamiento a lo largo de los
ejes y y z el dispositivo de desplazamiento 24.
En el caso del modo de realización descrito
aquí, el dispositivo de desplazamiento 24 comporta dos accionadores
eléctricos lineales 100 y 102 adecuados para desplazar el bastidor
movible 22 en traslación a lo largo del eje y y a lo largo
del eje z respectivamente. Cada uno de estos accionadores
100 y 102 es capaz de desplazar un pistón o émbolo 104
paralelamente al eje y y un pistón o émbolo 106
paralelamente al eje z respectivamente. La parte fija del
accionador 102 va fijada rígidamente y sin ningún grado de libertad
al bastidor de soporte 20. La parte fija del accionador 100 es
solidaria del pistón o émbolo 106 de suerte que el accionador 100 en
su totalidad se desplaza en traslación paralelamente al eje
z. El émbolo o pistón 104, en cuanto a él, va fijado
rígidamente sin ningún grado de libertad al bastidor movible 22.
Así, gracias a la combinación de los accionadores 100 y 102, el
bastidor movible 22 y su lente de focalización 50 es desplazable en
traslación paralelamente a los ejes y y z.
Aquí, la carrera máxima del émbolo o pistón 104
es del orden de algunos milímetros y, con preferencia, inferior a
\pm 2 mm. de manera que el eje de la lente 50 desplace como
máximo \pm 2 mm. con respecto al eje de la lente de colimación
42. En efecto, se ha descubierto que introducir un desplazamiento
espacial entre los ejes de las lentes de colimación y de
focalización aunque manteniendo estos ejes paralelos conduce a un
desplazamiento correspondiente del punto de focalización 4 sin, por
ello, perjudicar la calidad de la soldadura realizada.
El dispositivo de desplazamiento 24 también
comporta una unidad de sometimiento o sujeción 110 apropiada para
recibir la consigna de mando transmitida por la unidad de sujeción
48 y a someter la posición de los émbolos o pistones 104 y 106 a
esta consigna. A este efecto, cada uno de los émbolos o pistones
104 y 106 están asociados a un codificador de posición. Como los
codificadores de posición son los mismos para los accionadores 100
y 102, solamente se describirá aquí en detalle con la ayuda de la
figura 2 el del accionador 100.
El codificador de posición está formado por una
regleta óptica 114, que lleva unas graduaciones 115 y por un lector
116 de adquisición de estas graduaciones. El lector 116 se une
eléctricamente a la unidad de sometimiento o sujeción 110 para
entregar a ésta última las informaciones relativas a la posición del
émbolo 104.
Con preferencia, los accionadores 100 y 102 son
unos accionadores con bobina acústica más conocidos bajo el término
"Voice Coil". Aquí, solamente se describe, en más detalle, con
la ayuda de la figura 2 el accionador 100.
El accionador 100 está formado por una bobina de
inductancia 120 montada desplazable en traslación a lo largo de un
núcleo magnético 122 apropiado para crear un campo magnético. El
núcleo 122 va rígidamente fijado al émbolo 106. La bobina 120 es
solidaria del émbolo 104 y desplaza éste último. La unidad de
sometimiento o sujeción 110 manda los desplazamientos del pistón o
émbolo 104 regulando la intensidad y el sentido de la corriente que
circula dentro de la bobina 120. Este accionador 100 es, por
ejemplo, el accionador lineal
LA15-16-020A de la sociedad BEI
KIMCO Magnetics Division, 804-A Rancheros Drive,
P.O. Box 1626, San Marcos, CA 92069, U.S.A. Estos accionadores
lineales presentan la ventaja de que la parte móvil asociada al
bastidor movible 22, es decir, aquí la bobina 120,
es más ligera que en el caso de los motores lineales clásicos. Típicamente, el peso de la bobina 120 varía de 20 a 30 g.
es más ligera que en el caso de los motores lineales clásicos. Típicamente, el peso de la bobina 120 varía de 20 a 30 g.
Aquí, de manera a aligerar el peso del bastidor
movible 22, la regleta óptica 114 va fijada al bastidor movible 22 y
el lector 116 es solidario del émbolo o pistón 106.
Finalmente, para proteger la lente de
focalización 50 de las salpicaduras provocadas por la fusión del
metal a la altura del punto de focalización 4, se interpone entre
el punto de focalización 4 y la lente de focalización 50 un vidrio
de protección 130, solidario del bastidor de soporte 20. Este
vidrio 130 es transparente a las radiaciones láser.
Ahora se va a describir el funcionamiento del
sistema 2 respecto a la figura 3.
Inicialmente, en la etapa 150, un operario
desplaza manualmente el brazo 16 del robot 14 y la articulación
pivotante 18 para que el punto de focalización 4 se desplace
siguiendo aproximadamente la trayectoria 6. En el momento de esta
etapa, estos desplazamientos impuestos manualmente por el operador
se registran o graban en la memoria 30 y forman la trayectoria
pre-registrada o pre-grabada.
A continuación, cuando deben soldarse las placas
8 y 10, se activa el robot 14 en la etapa 152 y comienza a
reproducir automáticamente los movimientos aprendidos durante la
etapa 150. Así, durante esta etapa 152, el punto de focalización 4
se desplaza de modo automático por el robot 14 aproximadamente a lo
largo de la trayectoria 6.
En el momento de esta etapa 152, la fuente de
radiación coherente 46 produce permanentemente la señal 56 de la
trayectoria 6. La imagen de esta señal luminosa 56, después de
haber sido reflectada en el espejo 52, se transmite permanentemente
a los medios de localización 54, que, en el momento de la operación
154, convierten esta imagen en señales eléctricas transmitidas a la
unidad de sujeción 48.
El módulo de análisis 86 de la unidad 48
establece, a partir de estas señales eléctricas en el momento de la
operación 156, un valor de divergencia o diferencia entre la
posición actual del punto de fusión 4 y la trayectoria 6. Este
valor de divergencia o diferencia se transmite al módulo de mando
88, que lo transforma, en el momento de la operación 158, en una
consigna de mando de desplazamiento de la lente de focalización 50
apropiada para compensar esta divergencia.
La unidad de sujeción 110 del dispositivo de
desplazamiento 24 somete permanentemente, en el momento de la
operación 160, la posición de los émbolos o pistones 104 y 106 a
esta consigna. Por tanto, cualquier cambio de la consigna
transmitida por la unidad de sometimiento o sujeción 48 da por
resultado un desplazamiento correspondiente paralelamente a los
ejes z e y de los pistones o émbolos 104 y 106 y, por
consiguiente, de la lente de focalización 50 por intermedio del
bastidor movible 22.
Un desplazamiento de la lente de focalización 50
en una dirección paralela al eje y desplaza de una distancia
correspondiente a lo largo del eje y el punto de
focalización 4. De forma similar, un desplazamiento de la lente 50
en una dirección paralela al eje z desplaza de una distancia
correspondiente a lo largo del eje z el punto de
focalización 4. Así, en el caso del sistema 2, la lente de
focalización 50 tiene por función desplazar transversalmente, es
decir, a lo largo del eje y o verticalmente, es decir, a lo
largo del eje z el punto de focalización 50 de manera a
corregir cualquier divergencia o diferencia transversal con
respecto a la trayectoria 6 y a mantener la distancia entre la
lente de focalización 50 y la superficie del objeto 8, 10 igual a
la distancia de focalización de esta lente.
Además, cuando se desplaza la lente de
focalización 50, también se desplaza la radiación coherente que la
atraviesa. Así, la distancia que separa el punto de focalización 4
de la señal luminosa 56, permanece constante cualesquiera que sean
los desplazamientos de la lente de focalización 50, y esto sin que
sea necesario ningún circuito de corrección de esta distancia.
La figura 4 representa unas trayectorias
obtenidas experimentalmente con la ayuda del sistema 2 y con la
ayuda de un sistema convencional.
En la figura 4, la trayectoria 6 comporta dos
porciones rectilíneas perpendiculares y unidas la una a la otra
mediante un cuarto de círculo, cuyo radio de curvatura es de 20 mm.
La trayectoria 170 representada en trazos discontinuos corresponde
a la obtenida con la ayuda de un sistema conocido, cuya fuente de
radiación láser presenta una potencia de 2,8 kW y en el cual el
punto de focalización se desplaza a 4 m/mn. Esta trayectoria 170 se
aleja de la trayectoria 6 de alrededor de 0,7 mm. justo después del
viraje o curva, que une las primera y segunda porciones
rectilíneas. La línea en trazos gruesos representa la trayectoria
172 seguida por el sistema 2 en las mismas condiciones. La
divergencia máxima observada a la salida de la curva, que une las
primera y segunda porciones, es, en este caso, inferior a 50
\mum, es decir, que la calidad de la soldadura, contrariamente a
los sistemas conocidos, no resulta afectada en nada por el hecho de
que la trayectoria 6 presente unos virajes o unos ángulos
estrechos.
Gracias a la desolidarización de las lentes 50 y
42, el peso de la parte móvil formada por el bastidor movible 22,
la lente 50, el espejo 52 y los medios de localización 54 es
inferior a 1 kg, y con preferencia inferior a 700 g. Gracias a esta
reducción de peso de la parte móvil, se reducen considerablemente
los errores de sujeción de ésta debidos a su energía cinética.
Además, ahora es posible corregir mucho más frecuentemente los
desplazamientos del punto de focalización. Por ejemplo, aquí, el
sistema corrige más de 20 veces por segundo y preferentemente más
de 50 veces por segundo la trayectoria del punto de
focalización.
\newpage
En el caso de los sistemas conocidos, el
desplazamiento del bastidor, sobre el cual van fijos el dispositivo
de colimación y el dispositivo de focalización, se obstaculiza por
la funda semi-rígida de protección de la fibra
óptica unida al dispositivo de focalización. En efecto, esta funda
tiene típicamente un diámetro de unos 10 mm. y no se puede plegar
más allá de un umbral de curvatura predeterminado. En el caso del
sistema descrito anteriormente, esta funda ya no obstaculiza los
desplazamientos del punto de focalización en el momento de su
sometimiento o sujeción según los ejes y y z ya que
el dispositivo de colimación, al cual se ajusta la funda, no se
desplaza para realizar este sometimiento.
Puesto que el peso de la parte móvil es pequeño,
en lo sucesivo resulta posible someterla en posición no solamente
en un plano horizontal, sino también en un plano vertical, lo que,
anteriormente, no era posible con unas partes móviles, cuyo peso
estaba comprendido entre 7 y 10 kgs. Así, el sistema 2 es apto para
desplazar un punto de focalización a lo largo de una trayectoria,
que se despliega en las tres dimensiones del espacio. En
particular, el sistema 2 es apropiado para seguir unas trayectorias
que presentan relieves.
En el caso de una variante, el cubo separador va
montado pivotante alrededor de un eje paralelo al eje y de
manera que sea regulable la inclinación de la lámina
semi-transparente. Así pues, en esta variante la
distancia que separa la señal luminosa 56 del punto de focalización
4, es regulable al regular la inclinación de la lámina
semi-transparente 70.
El sistema 2 ha sido descrito en el caso
particular de la soldadura con láser YAG. En variante, el sistema 2
está implantado en un sistema de corte de chapa con la ayuda de un
haz láser o bien en un sistema de soldadura a tope de chapas
mediante fusión de sus extremos de contacto.
Claims (14)
1. Sistema para desplazar un punto (4) de
focalización de una radiación láser de potencia a lo largo de una
trayectoria (6) presenta en la superficie de un objeto que se va a
tratar, siendo la radiación láser apta para calentar dicha
superficie a fin de realizar unas operaciones de soldadura/de corte
o de soldadura a tope, comprendiendo este sistema
- -
- un dispositivo (42) de colimación de la radiación láser,
- -
- una lente (50) de focalización de la radiación láser colimada sobre el punto de focalización,
- -
- un dispositivo (24) de desplazamiento en traslación de la lente de focalización (50) con respecto al dispositivo de colimación (42), para desplazar el punto (4) de focalización de la radiación láser desplazando únicamente la lente de focalización (50), y
- -
- un robot equipado con un brazo articulado, estando montado el dispositivo de desplazamiento de la lente de focalización en el extremo de este brazo articulado,
caracterizado por el hecho de que el
robot es apto para desplazar el extremo de este brazo articulado a
lo largo de una trayectoria pre-grabada, que
corresponde aproximadamente a la trayectoria presente en la
superficie del objeto que se va tratar, asociándose el robot (14) a
un medio de almacenamiento de informaciones (30), el cual contiene
la trayectoria pre-grabada, que debe seguir el punto
de focalización (4), y comprendiendo el robot (14) unos medios para
convertir esta trayectoria pregrabada en instrucciones para
desplazar el punto de focalización (4) aproximadamente a lo largo
de la trayectoria (6), y por el hecho de que el dispositivo (24) de
desplazamiento es apto para desplazar la lente de focalización (50)
con respecto a la trayectoria pregrabada de manera a compensar una
divergencia o diferencia entre la posición actual del punto de
focalización y la trayectoria sobre la superficie del objeto en el
momento de los desplazamientos del extremo del brazo articulado a
lo largo de la trayectoria pre-grabada,
comprendiendo el sistema una fuente (46) de radiación coherente
apropiada para trazar sobre la superficie del objeto a tratar una
señal luminosa, la cual indica la posición de la trayectoria (6),
así como unos medios de localización (54) de una señal luminosa
(56) la cual representa la posición de la trayectoria (6), y una
unidad de sometimiento o sujeción (48), que comprende un módulo de
análisis (86) de las señales transmitidas por los medios de
localización (54) a fin de establecer un valor de divergencia o
diferencia entre la posición real del punto de focalización (4) y
la trayectoria (6), y un módulo de mando (88) del dispositivo de
desplazamiento (24) en función del valor de divergencia establecido
por el módulo de análisis (86).
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el dispositivo (24) de
desplazamiento en traslación de la lente de focalización (50) es
apto para desplazar ésta perpendicularmente con respecto a un eje
de la radiación láser colimada.
3. Sistema según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por el hecho de que el dispositivo (24) de
desplazamiento es apto para introducir una desviación espacial
entre unos ejes del dispositivo de colimación y de la lente de
focalización, aunque manteniendo estos ejes paralelos.
4. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que la lente de focalización (50) es desplazable en traslación
únicamente en un plano perpendicular a la trayectoria (6) presente
en la superficie del objeto que se va a tratar.
5. Sistema según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que la lente de focalización
(50) es desplazable en traslación en, al menos, dos direcciones
diferentes del plano perpendicular a dicha trayectoria (6).
6. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que el dispositivo de desplazamiento comprende, al menos, un
accionador eléctrico (100) equipado con un bobinado (120) montado
desplazable en traslación en un campo magnético, siendo este
bobinado (120) apropiado para desplazar la lente de focalización
(50) con respecto al dispositivo de colimación.
7. Sistema según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que comporta una señal (114)
de posición espacial del bobinado (120) y unos medios (116) de
adquisición de la posición de esta señal para someter o sujetar la
posición del bobinado (120) a una consigna de posición, y por el
hecho de que la señal de posición del bobinado (120) y la lente de
focalización (50) son solidarias de un mismo bastidor (22)
desplazable mediante el bobinado (120).
8. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que comporta un dispositivo de sometimiento o sujeción (48)
apropiado para mandar el dispositivo (24) de desplazamiento de la
lente de focalización (50) a fin de someter la posición del punto
de focalización (4) a dicha trayectoria.
9. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que la radiación coherente atraviesa, a este efecto, dicha lente de
focalización (50) de manera a conservar una relación espacial
constante entre el punto de focalización y la señal luminosa
trazada.
10. Sistema según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que el dispositivo de colimación (42) está rígidamente fijado al
extremo del brazo articulado (16).
11. Procedimiento para desplazar un punto de
focalización (4) de una radiación láser de potencia a lo largo de
una trayectoria (6) presente en la superficie de un objeto que se
va a tratar, siendo la radiación láser apta para calentar dicha
superficie a fin de realizar unas operaciones de soldadura/de corte
o de soldadura a tope, estando destinado este procedimiento para
ser realizado en un sistema conforme a una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de
que el procedimiento consiste en desplazar el extremo del brazo
articulado a lo largo de una trayectoria
pre-grabada, que corresponde aproximadamente a la
trayectoria presente en la superficie del objeto que se va a tratar,
almacenando la trayectoria pre-grabada, que
corresponde aproximadamente a la trayectoria (6) que debe seguir el
punto de focalización (4), y convirtiendo esta trayectoria
pregrabada en instrucciones para desplazar el punto de focalización
(4) aproximadamente a lo largo de la trayectoria (6), y en
desplazar la lente de focalización con respecto a la trayectoria
pre-grabada de manera a compensar una discrepancia
o diferencia entre la posición actual del punto de focalización y
la trayectoria sobre la superficie del objeto en el momento de los
desplazamientos del extremo del brazo articulado a lo largo de la
trayectoria pre-grabada, localizando una señal
luminosa (56) de la posición de la trayectoria (6), analizando las
señales localizadas para establecer un valor de divergencia o
diferencia entre la posición real del punto de focalización (4) y la
trayectoria (6), y controlando el dispositivo de desplazamiento
(24) en función del valor de discrepancia o divergencia
establecido.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado por el hecho de que consiste en desplazar la
lente de focalización (50) únicamente en traslación en un plano
perpendicular a la trayectoria presente en la superficie del objeto
que se va a tratar.
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado por el hecho de que consiste en desplazar la
lente de focalización (50) en traslación en, al menos, dos
diferentes direcciones del plano perpendicular a dicha
trayectoria.
14. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por el hecho de que
somete o sujeta (en 152) los desplazamientos de la lente de
focalización (50) a dicha trayectoria (6).
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