FR2504045A1

FR2504045A1 - ALTERNATING SCAN LASER MACHINING APPARATUS

Info

Publication number: FR2504045A1
Application number: FR8206477A
Authority: FR
Inventors: Paolo Gay; Armando Boggero
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1981-04-17
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1982-10-22
Also published as: DE3213667A1; IT1144173B; SE8202399L; IT8167531A0; GB2097148B; FR2504045B1; DE3213667C2; SE456973B; GB2097148A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL D'USINAGE PAR FAISCEAU LASER. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL DANS LEQUEL UN MIROIR 2 EST DESTINE A RENVOYER UN FAISCEAU LASER 3 VERS UNE REGION PREDETERMINEE 4, ET UN DISPOSITIF 1 FAIT OSCILLER LE MIROIR 2 DANS UNE PLAGE ANGULAIRE A. CE DISPOSITIF COMPORTE UN SUPPORT BASCULANT 27 AUQUEL LE MIROIR 2 EST RACCORDE, UN MOTEUR 11 ET UN ENSEMBLE 20 DE TRANSFORMATION DE LA ROTATION DE L'ARBRE 17 DU MOTEUR 11 EN UNE OSCILLATION DU SUPPORT 27. APPLICATION AUX APPAREILS DE SOUDAGE ET DE DECOUPAGE PAR FAISCEAU LASER.THE INVENTION RELATES TO A LASER BEAM MACHINING APPARATUS. IT RELATES TO A DEVICE IN WHICH A MIRROR 2 IS INTENDED TO RETURN A LASER BEAM 3 TOWARDS A PREDETERMINED REGION 4, AND A DEVICE 1 OSCILLS MIRROR 2 IN AN ANGULAR RANGE A. THIS DEVICE INCLUDES A TILTING BRACKET 27 IN WHICH THE MIRROR 2 IS CONNECTED, A MOTOR 11 AND A ASSEMBLY 20 FOR TRANSFORMATION OF THE ROTATION OF THE SHAFT 17 OF THE MOTOR 11 INTO AN OSCILLATION OF THE SUPPORT 27. APPLICATION TO WELDING AND CUTTING DEVICES BY LASER BEAM.

Description

La présente invention concerne les appareils d'usinage par rayon laserThe present invention relates to laser beam machining apparatus

Plus précisément, elle concerneMore specifically, it concerns

un appareil à laser de puissance destiné à assurer un usi- a laser power device intended to provide a

nage de matières métalliques, par exemple un soudage, une découpe, une trempe superficielle, etc On sait que les appareils réalisés pour la mise en oeuvre de tels usinages comprennent essentiellement une source d'un faisceau laser, un système de focalisation et au moins un miroir vibrant qui réfléchit le faisceau lumineux provenant de la source vers la zone sur laquelle le traitement voulu doit être exécuté. L'invention concerne un appareil à faisceau laser du type indiqué précédemment, destiné à la mise en oeuvre de traitements thermiques de matières métalliques, d'une metal materials, for example a welding, cutting, surface hardening, etc. It is known that the devices made for the implementation of such machining essentially comprise a source of a laser beam, a focusing system and at least one vibrating mirror which reflects the light beam from the source to the area on which the desired treatment is to be performed. The invention relates to a laser beam apparatus of the type indicated above, intended for the implementation of heat treatments of metallic materials, a

manière particulièrement efficace. particularly effective way.

Plus précisément, l'invention concerne un appareil à faisceau laser du type qui comprend au moins un miroir destiné à réfléchir, vers une région prédéterminée, un faisceau laser créé par une source correspondante, et un More specifically, the invention relates to a laser beam apparatus of the type which comprises at least one mirror for reflecting, to a predetermined region, a laser beam created by a corresponding source, and a

dispositif destiné à donner au miroir un mouvement oscil- device for giving the mirror an oscillating motion

lant qui détermine, pour chaque faisceau laser oscillant, une répartition du faisceau réfléchi correspondant dans which determines, for each oscillating laser beam, a distribution of the corresponding reflected beam in

un champ angulaire prédéterminé dans lequel se trouve la- a predetermined angular field in which the

dite région prédéterminée, cet appareil étant tel que ce dispositif d'oscillation comprend un support basculant auquel le miroir est raccordé, un moteur, et un ensemble said predetermined region, this apparatus being such that said oscillation device comprises a rocking support to which the mirror is connected, a motor, and a set

de transformation de mouvement qui transforme le mou- of transformation of motion that transforms the

vement rotatif d'un arbre du moteur en un mouvement oscil- rotation of a motor shaft in an oscillating motion.

lant du support basculant.tilting support.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in- Other features and advantages of the

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, will become apparent from the following description,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une élévation d'une partie de l'appareil selon l'invention, représentée dans un exemple d'application; et la figure 2 est une coupe agrandie suivant la with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is an elevation of a part of the apparatus according to the invention, shown in an application example; and FIG. 2 is an enlarged section along the

ligne II-Il de la figure 1, certains éléments étant arra- line II-II of Figure 1, some elements being

o 4045o 4045

chés par raison de clarté.by reason of clarity.

Comme l'indique notamment la figure 1, un dis- As indicated in particular in Figure 1, a

positif portant la référence générale 1 est destiné à porter un miroir 2 destiné à dévier un faisceau laser 3 vers une région 4 délimitée par les deux bords tournés l'un vers l'autre de pièces 5 et 6 qui doivent être soudées l'une positive bearing the general reference 1 is intended to carry a mirror 2 for deflecting a laser beam 3 to a region 4 delimited by the two edges facing each other of parts 5 and 6 which must be welded to one another.

à l'autre le long de ces bords, lors du fonctionnement. to each other along these edges, during operation.

Le dispositif 1 de support fait partie d'un appareil non représenté qui comporte une source non représentée qui The support device 1 is part of a device, not shown, which comprises a source, not shown, which

émet le faisceau laser 3 de grande puissance, et qui com- emits the laser beam 3 of great power, and which com-

prend aussi un système focalisateur non représenté destiné à focaliser le faisceau 3 et, avantageusement, d'autres miroirs. also takes a not shown focusing system for focusing the beam 3 and, advantageously, other mirrors.

Le dispositif 1 de support est lui-même conve- The support device 1 is itself suitable

nablement porté par un socle 8 qui amortit les vibrations et auquel est fixée une plaque verticale 10 de support, par l'intermédiaire de boulons 9 Cette plaque supporte en porte-à-faux un moteur 11 monté sur une bride convenable 12 de raccordement, et elle supporte, en position centrale, une poulie 14 qui est couplée par une courroie 15 à une Nably carried by a base 8 which damps vibration and which is fixed a vertical support plate 10, by means of bolts 9 This plate cantilevered support a motor 11 mounted on a suitable flange 12 of connection, and it supports, in the central position, a pulley 14 which is coupled by a belt 15 to a

poulie correspondante 16 clavetée sur un arbre 17 du mo- corresponding pulley 16 keyed on a shaft 17 of the

teur 11 Un ensemble de transformation de mouvement qui porte la référence générale 20 est couplé à la poulie 14; cet ensemble peut transformer un mouvement rotatif d'un A motion transformation assembly which is generally referred to as 20 is coupled to the pulley 14; this set can transform a rotary motion of a

arbre 21 de la poulie 14 en un mouvement axialement oscil- shaft 21 of the pulley 14 in a movement axially oscil-

lant, avec une amplitude réglable d'une tige 22 appartenant à une bielle 23 de raccordement La plaque 10 supporte aussi, à une première extrémité, un pivot 25 autour duquel 1, with an adjustable amplitude of a rod 22 belonging to a connecting rod 23 The plate 10 also supports, at a first end, a pivot 25 around which

pivote une extrémité d'un support 26 dont l'autre extré- one end of a support 26, the other end

mité est raccordée à une bague 27 Celle-ci supporte, par mity is connected to a ring 27 which supports

l'intermédiaire de boulons 28, une plaque 29 qui est avan- bolts 28, a plate 29 which is

tageusement circulaire et qui est maintenue à une certaine distance de l'anneau 27 par des entretoises tubulaires Dans la partie opposée à celle qui est tournée vers l'anneau 27 de support, la plaque 29 porte le miroir 2; enfin, la bague 27 a une patte radiale 32 qui est dirigée vers la partie externe de la bague et qui est couplée, Tally circular and which is held at a distance from the ring 27 by tubular spacers In the opposite portion to that facing the support ring 27, the plate 29 carries the mirror 2; finally, the ring 27 has a radial tab 32 which is directed towards the outer part of the ring and which is coupled,

par un pivot 33, à un organe 34 en forme de fourche, rac- by a pivot 33, to a member 34 in the form of fork, connected

cordé à la tige 22 de la bielle 23, du côté opposé à celui corded to the rod 22 of the rod 23, the opposite side to that

qui est raccordé à l'ensemble 20 de transformation de mou- which is connected to the mold transformation assembly 20

vement. Comme l'indique la figure 2, on note que l'arbre 21 de la poulie 14 (non représenté sur la figure 2) tourne autour d'un axe correspondant 35 et est supporté par des tively. As indicated in FIG. 2, it is noted that the shaft 21 of the pulley 14 (not shown in FIG. 2) rotates about a corresponding axis 35 and is supported by

paliers 36 par rapport à un corps 37 convenablement rac- bearings 36 with respect to a body 37 suitably connected with

cordé d'une manière non représentée à la plaque 10 repré- strung in a manner not shown in the plate 10

sentée sur la figure 1 Le palier 36 est avantageusement bloqué sur le corps 37 par une bride 39 et des boulons 40 (un seul est représenté sur la figure 2) L'arbre 21 a aussi une partie 42 qui dépasse du flasque 39 et qui a The bearing 36 is advantageously clamped on the body 37 by a flange 39 and bolts 40 (only one is shown in FIG. 2). The shaft 21 also has a portion 42 which protrudes from the flange 39 and which has

un axe 43 qui ne coïncide pas avec l'axe 35; en consé- an axis 43 which does not coincide with the axis 35; consequently

quence, la partie 42 de l'arbre 21 tourne excentriquement par rapport à cet arbre La partie 42 supporte à son tour un excentrique tubulaire 44 auquel est raccordé l'oeillet 46 de la bielle 23 de raccordement, par l'intermédiaire d'un palier 45 L'excentrique tubulaire 44 a un axe de symétrie, repéré par la référence 48, dont la distance the portion 42 of the shaft 21 rotates eccentrically with respect to this shaft. The portion 42 in turn supports a tubular eccentric 44 to which the eyelet 46 of the connecting rod 23 is connected, via a bearing 45 The tubular eccentric 44 has an axis of symmetry, identified by the reference 48, whose distance

à l'axe 43 est avantageusement égale à la distance com- to the axis 43 is advantageously equal to the distance

prise entre cet axe et l'axe 35 de l'arbre 21 L'excentri- taken between this axis and the axis 35 of the shaft 21 The eccentricity

que tubulaire 44 et la partie excentrique 42 de l'arbre that tubular 44 and the eccentric portion 42 of the shaft

peuvent tourner angulairement l'une par rapport à l'au- angularly can be rotated relative to the

tre et, à cet effet, elles comportent un dispositif qui and for this purpose they include a device which

permet à la fois un positionnement relatif de ces élé- allows both a relative positioning of these ele-

ments et un blocage de l'excentrique 44 par rapport à la ments and a blockage of the eccentric 44 with respect to the

partie 42, après leur positionnement,-afin que l'excen- part 42, after their positioning, so that the excen-

trique 44 puisse être entraîné en rotation par l'arbre can be rotated by the shaft

21 Ces-éléments peuvent être très différents l'un de l'au- 21 These elements can be very different from one another

tre Par exemple, la partie 42 peut porter des dents dis- For example, part 42 may have teeth that are

posées radialement, et un siège radial disposé sur l'excen- radially, and a radial seat disposed on the

trique 44 du côté tourné vers les dents radiales, avec une dimension égale à celle de la-cavité comprise entre les dents adjacentes des dents radiales Une clavette peut alors être disposée de manière qu'elle occupe l'espace délimité par le siège et la cavité afin qu'elle assure le couplage angulaire de la partie 42 et de l'excentrique on the side facing the radial teeth, with a dimension equal to that of the-cavity between the adjacent teeth of the radial teeth A key can then be arranged so that it occupies the space defined by the seat and the cavity to ensure the angular coupling of the part 42 and the eccentric

44 ou qu'elle permette, lorsqu'elle est extraite, la ro- 44 or that, when extracted, it

tation de l'excentrique 44 par rapport à l'arbre 21 Dans eccentric 44 relative to the shaft 21

un autre exemple, ces éléments peuvent être avantageuse- another example, these elements can be advantageous

ment réalisés à l'aide d'un ensemble d'entraînement harmo- carried out using a harmonic training set

nique qui est essentiellement formé par un élément ellip- which is essentially formed by an elliptical element

tique générateur d'une ondulation, muni d'un roulement à billes, d'une couronne dentée flexible dont les dents sont tournées vers l'extérieur et qui, lorsqu'elle est montée sur l'élément elliptique, prend sa forme elliptique, et d'une couronne dentée rigide ayant des dents tournées a wave generator with a ball bearing, a flexible ring gear whose teeth are turned outwards and which, when mounted on the elliptical element, assumes an elliptical shape, and a rigid ring gear with teeth turned

vers l'intérieur et dont le nombre est légèrement supé- inwards and whose number is slightly higher than

rieur à celui de la couronne souple Les deux couronnes ont leurs dents qui sont toujours en prise aux extrémités -de l'axe principal de l'élément elliptique Dans ce cas The two crowns have their teeth which are always engaged at the ends of the main axis of the elliptical element In this case

particulier, l'élément elliptique est raccordé temporai- In particular, the elliptical element is connected temporarily

rement à la partie 42, et la couronne est fixée à l'élément 44 En phase de réglage, l'élément elliptique est séparé de la partie 42 si bien qu'une rotation axiale de l'élément provoque un défaut progressif d'alignementde l'excentrique 44 par rapport à la partie 42 En phase de fonctionnement, l'élément elliptique, la partie 42, la couronne rigide et l'élément 44 sont avantageusement raccordés rigidement les uns aux autres afin qu'ils tournent ensemble à la même In the adjustment phase, the elliptical element is separated from the portion 42 so that axial rotation of the element causes a progressive misalignment of the element. In the operating phase, the elliptical element, the portion 42, the rigid ring and the element 44 are advantageously connected rigidly to each other so that they rotate together at the same time.

vitesse angulaire.angular velocity.

Le palier 45 est fixé à l'excentrique tubulaire 44 par une entretoise 49 et un écrou 50 qui est couplé à un filetage correspondant d'extrémité de l'excentrique 44 L'oeillet 46 de la bielle 23 est alors fixé à la bague externe du palier 45 par une bride 51 et plusieurs boulons The bearing 45 is fixed to the tubular eccentric 44 by a spacer 49 and a nut 50 which is coupled to a corresponding end thread of the eccentric 44 The eyelet 46 of the connecting rod 23 is then fixed to the outer ring of the bearing 45 by a flange 51 and several bolts

52 dont un seul est représenté sur la figure 2. 52 only one of which is shown in FIG.

La tige 22 de la bielle 23 a une première et une seconde partie filetée 54, 55 dont les extrémités en regard sont raccordées l'une à l'autre par un tirant 56 et la commande de ce tirant permet le réglage de la longueur The rod 22 of the rod 23 has a first and a second threaded portion 54, 55 whose opposite ends are connected to each other by a tie rod 56 and the control of this rod allows the adjustment of the length

de la tige 52 de la bielle 23.of the rod 52 of the connecting rod 23.

Le fonctionnement du dispositif 1 est le suivant. The operation of the device 1 is as follows.

Comme l'indique en particulier la figure 1, lors- As indicated in particular in Figure 1,

que le moteur 11 n'est pas excité, le dispositif 1 est fixe dans la position représentée si bien qu'un faisceau that the motor 11 is not excited, the device 1 is fixed in the position shown so that a beam

incident 3 a est réfléchi par le miroir 2 et crée un fais- incident 3 a is reflected by mirror 2 and creates a

ceau réfléchi représenté en traits pleins par la référence reflected beam represented in full lines by the reference

3 b L'inclinaison du miroir 2 est réglable par simple com- 3 b The inclination of the mirror 2 is adjustable by simple

mande du tirant 56 aui détermine la rotation de la bague 27 et en conséquence du miroir 2 autour du pivot 25 Ce réglage permet un centrage convenable du faisceau 3 b sur Tension of the tie rod 56 aui determines the rotation of the ring 27 and consequently of the mirror 2 around the pivot 25 This adjustment allows a proper centering of the beam 3b on

la région 4 qui doit être soumise au traitement voulu (sou- region 4 which must be subjected to the desired treatment (

dage des pièces 5 et 6).parts 5 and 6).

L'alimentation du moteur 11 provoque la rotation de l'arbre 21 autour de l'arbre 35 (voir figure 2) par l'intermédiaire des poulies 14 et 16 et de la courroie The supply of the motor 11 causes the rotation of the shaft 21 around the shaft 35 (see FIG. 2) by means of the pulleys 14 and 16 and the belt.

15 Cette rotation est transformée en une oscillation sen- This rotation is transformed into a sensible oscillation

siblement axiale de la tige 22 de la bielle 23 de raccor- of the rod 22 of the connecting rod 23

dement, car l'oeillet 46 de la bielle 23 suit les dépla- the eyelet 46 of the connecting rod 23 follows the movements

cements combinés de l'excentrique 44 et de la partie excen- combinations of the eccentric 44 and the eccentric part

trique 42 de l'arbre 21 Les oscillations de la tige 22 sont alors transmises par la patte 32 à l'anneau 27 qui oscille ainsi autour du pivot 25 et déplace la plaque 29 The oscillations of the rod 22 are then transmitted by the tab 32 to the ring 27 which thus oscillates around the pivot 25 and moves the plate 29.

et en conséquence le miroir 2 Ainsi, la variation de l'in- and consequently the mirror 2 Thus, the variation of the in-

clinaison du miroir 2 par rapport au faisceau incident 3 b permet l'oscillation du faisceau réfléchi 3 b d'un angle a entre les deux extrémités opposées pour lesquelles le faisceau 3 b est représenté en traits interrompus Le réglage de la valeur de l'angle e peut être réalisé par simple commande de la position relative de l'excentrique mirroring the mirror 2 with respect to the incident beam 3b allows the oscillation of the reflected beam 3b of an angle α between the two opposite ends for which the beam 3b is shown in dashed lines. The adjustment of the value of the angle e can be achieved by simply controlling the relative position of the eccentric

44 par rapport à la partie excentrique 42 de l'arbre 21. 44 relative to the eccentric portion 42 of the shaft 21.

En fait, on peut réaliser le réglage de manière que l'ex- In fact, the adjustment can be made in such a way that

centricité totale soit maximale par rapport à l'arbre 21, et dans ce cas l'angle a a sa valeur maximale, ou on peut total centricity is maximum relative to the shaft 21, and in this case the angle a has its maximum value, or

réduire au minimum ou même éliminer complètement l'excen- to minimize or even completely eliminate the excen-

tricité par rotation de l'excentrique 44 de manière que tricity by rotating the eccentric 44 so that

l'axe correspondant coïncide avec l'axe 36 de l'arbre 21. the corresponding axis coincides with the axis 36 of the shaft 21.

Entre ces deux conditions extrêmes, l'angle a peut prendre Between these two extreme conditions, the angle can take

toutes les valeurs qui sont choisies en fonction du trai- all the values that are chosen according to the processing

a 0404at 0404

tement voulu.wanted.

Enfin, le réglage de la vitesse de vibration du moteur 2 peut être avantageusement obtenu par réglage de la vitesse de rotation de l'arbre 17 du moteur 1 i ou par changement convenable des poulies 14 et 16. L'analyse des caractéristiques du dispositif 1 Finally, the adjustment of the vibration speed of the motor 2 can be advantageously obtained by adjusting the speed of rotation of the shaft 17 of the motor 1 i or by suitable change of the pulleys 14 and 16. The analysis of the characteristics of the device 1

selon les enseignements de l'invention montrent claire- according to the teachings of the invention clearly show

ment que ce dispositif ne présente pas les inconvénients des dispositifs connus indiqués précédemment En fait, However, this device does not have the drawbacks of the known devices indicated above.

ce dispositif permet tous les réglages voulus d'une ma- this device allows all the desired adjustments of a

nière simple et précise, et sans que l'opérateur ne perde simple and precise, and without losing the operator

du temps successivement.time successively.

Il est bien entendu que l'invention n'a été dé- It is understood that the invention has not been

crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre Par exemple, l'appareil décrit précédemment peut comporter plusieurs dispositifs 1 placés par exemple de It is written and shown only as a preferred example and that any technical equivalence can be made in its constituent elements without departing from its scope. For example, the apparatus described above may comprise several devices 1 placed for example with

manière que le faisceau réfléchi 3 b subisse dans son en- way that the reflected beam 3b undergoes in its

semble des oscillations dans des plans perpendiculaires seems oscillations in perpendicular planes

l'un à l'autre.to one another.

Claims

1 Laser beam apparatus, of the type which comprises at least one mirror (2) for reflecting to a predetermined region (4) a laser beam (3) created by a corresponding source, and a device (1) for causing oscillation of the mirror (2) which determines, for each incident laser beam (3 a), a beam distribution

corresponding reflection (3b) in a pre-defined angular field

determined (a) in which the predetermined region

mine (4), said apparatus being characterized in that the oscillation device (1) comprises a rocking support (27) to which the mirror (2) is connected, a motor (11), and a motion transformation assembly ( 20) which converts the rotational movement of a shaft (17) of the motor (11) into an oscillating movement of the tilting support

(27).

Apparatus according to claim 1, characterized in that the motion transformation assembly (20)

has a system with adjustable eccentricity, coupled

the shaft (17 Y of the motor (11) and a connecting rod (23) connecting the adjustable eccentricity system to the support

tilting (27).

3 Apparatus according to claim 2, characterized in that the adjustable eccentricity system comprises an eccentric shaft (42) controlled by the motor (11), and a tubular eccentric (44) angularly coupled to the eccentric shaft (42) and the angular position relative to the eccentric shaft is adjustable, the connecting rod

(23) being coupled to the tubular eccentric (44).

4 Apparatus according to claim 3, characterized in that the eccentricities of the eccentric shaft (42)

and the tubular eccentric (44) are equal.

Apparatus according to one of claims 3 and 4,

characterized in that the connecting rod (23) has an eyelet (46) coupled to the tubular eccentric (44) by

a bearing (45).

Apparatus according to any of the claims

2 to 5, characterized in that the connecting rod

(23) has a rod (22) whose length is adjustable.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the rod (22) has two threaded portions (54, 55) coupled to each other by a tie rod (56) which allows

the adjustment of the length.

Apparatus according to any one of the claims

2 to 7, characterized in that the connecting rod

element (23) is coupled to the tilting support (27) by a

articulation member (34).

Apparatus according to any one of the claims

tions, characterized in that it comprises a

positive adjustment of the rotation speed of the motor

(11).

Eight pages Company known as: CENTRO RICERCHE FIAT S.p A. Agent: CABINET ARMENGAUD JEUNE

CASANOVA AND LEPEUDRY _-

Strasbourg PARIS X 23,