FR2654375A1 - Appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser dans une machine. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil d'alignement d'un faisceau laser. Elle se rapporte à un appareil dans lequel une première et une seconde position d'un faisceau laser sont déterminées par rapport à un repère porté par un support (81a) qui reçoit le faisceau laser par l'intermédiaire d'un tube (77) placé à la place d'un miroir (43) de la tête de traitement (21). Une caméra (85) permet l'affichage du repère et des positions du faisceau laser sur un moniteur. En agissant sur un ensemble de miroirs on fait tourner le faisceau jusqu'à obtenir la coïncidence des deux positions. Application à l'alignement des faisceaux laser dans les machines de traitement par faisceau laser.

Description

La présente invention concerne un appareil d'aligne-

ment du trajet d'un faisceau laser et en particulier un tel appareil destiné à une machine de traitement par un laser

travaillant suivant plusieurs axes.

Dans le domaine du traitement des matériaux, la gamme de tâches qui peuvent maintenant être réalisées par des lasers est tout à fait étonnante En conséquence, il n'est pas surprenant de constater qu'un très grand nombre de machines de traitement par un laser a été mis au point pour l'exécution de travaux de traitement extrêmement

complexes et précis.

Naturellement, pour qu'un travail de traitement par faisceau laser soit réalisé efficacement, il faut que la position du faisceau laser soit réglée avec une très grande

précision à l'emplacement de traitement Lorsque le traite-

ment comprend le suivi d'un profil, comme dans la plupart des travaux, deux tâches séparées sont nécessaires: le réglage de la position de la lentille de focalisation de la machine de traitement par laser par rapport à la pièce, et

le centrage du faisceau laser avant passage dans la len-

tille de focalisation.

Pour la première condition, il existe plusieurs dispositifs mécaniques bien connus pour le réglage de la position de la lentille de focalisation Le procédé peut être le plus courant comprend le montage de la lentille de focalisation à l'extrémité d'une tête de traitement qui se

déplace sous la commande de bras mécaniques.

Ensuite, quant à la condition du centrage du fais-

ceau laser avant sortie de la lentille de focalisation, il est nécessaire que le faisceau laser reste parfaitement aligné sur chaque partie de trajet entre la source laser et la lentille de focalisation pendant la totalité de la procédure de traitement En d'autres termes, lorsque la tête de traitement se déplace suivant des axes de la machine, le faisceau doit rester constamment aligné le long

de ces axes.

Pour que le faisceau laser reste aligné le long de ces axes, dans la machine de traitement par un laser, il existe des miroirs destinés à guider le faisceau laser de la source à la lentille de focalisation, chaque miroir étant placé à une extrémité du trajet d'un axe Par exemple, dans le cas d'un dispositif de traitement par un laser ayant une tête de traitement qui peut se déplacer librement dans trois directions, il faut au moins trois miroirs Plus précisément, un miroir d'axe X est placé à l'extrémité de base d'un bras d'axe X, un miroir d'axe Y est placé à l'extrémité de base d'un bras d'axe Y, et un miroir d'axe Z est placé à l'extrémité de base d'un bras d'axe Z. En outre, le miroir placé à l'extrémité de chaque axe peut tourner autour de deux axes perpendiculaires l'un à l'autre, placés à la surface du miroir, si bien que le faisceau réfléchi peut être projeté parallèlement à chaque

axe, d'une manière précise.

Ainsi, l'ajustement des angles de ces miroirs successivement, en commençant par exemple par l'axe X, permet l'ajustement précis du faisceau laser afin qu'il soit parallèle à chaque axe De cette manière, même si les bras se déplacent, la position de focalisation du faisceau laser ne se déplace pas par rapport à la tête de traitement. Cependant, dans un dispositif classique, les miroirs sont ajustés manuellement Par exemple, un opérateur observe un faisceau de sortie sur le côté de la tête de traitement alors qu'un autre opérateur ajuste le miroir en fonction des instructions du premier opérateur L'opération doit être réalisée pour chaque miroir, et tour à tour avec

chaque miroir.

Ainsi, l'ajustement du faisceau laser est une opération extrêmement fastidieuse et longue qui ne peut

être réalisée que par du personnel extrêmement expérimenté.

Etant donné les inconvénients des machines de

traitement par un laser de la technique antérieure, l'in-

vention a pour objet la réalisation d'un appareil simple et précis d'alignement du trajet d'un faisceau laser, qui peut être mis en oeuvre d'une manière relativement commode et rapide. L'invention concerne aussi un appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser travaillant par ordinateur et

qui peut fonctionner rapidement avec une précision élevée.

A cet effet, un premier appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser selon l'invention comporte un dispositif destiné à détecter la position d'un faisceau laser par laquelle passe le faisceau, la position du

faisceau laser étant déterminée dans un plan perpendicu-

laire à la direction d'un axe prédéterminé, un dispositif destiné à mémoriser une première position du faisceau laser qui est détectée par le dispositif de détection de position de faisceau dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une première position dans la direction de l'axe prédéterminé, un dispositif destiné à afficher la première position du faisceau laser et une seconde position du faisceau, la seconde position du faisceau laser étant détectée par le dispositif de détection de position dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une seconde position dans la direction de l'axe prédéterminé, et un dispositif destiné à faire tourner le miroir autour d'un axe se trouvant à la surface du miroir, si bien que la seconde position du faisceau laser est modifiée afin qu'elle coïncide avec la première position du faisceau laser. Un second appareil d'alignement du trajet d'un faisceau selon l'invention comporte un dispositif destiné à détecter la position d'un faisceau laser par laquelle passe le faisceau laser, la position du faisceau laser étant déterminée dans un plan perpendiculaire à la direction de l'axe prédéterminé, un dispositif destiné à mémoriser une première position du faisceau laser et une seconde position du faisceau laser, la première position du faisceau laser étant détectée par le dispositif de détection de position de faisceau dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une première position dans la direction de l'axe prédéterminé et la seconde position du faisceau laser étant détectée par le dispositif de détection de position de faisceau dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une seconde position de l'axe prédéterminé, un dispositif

de calcul de la distance comprise entre la première posi-

tion et la seconde position du dispositif de déplacement, et un dispositif de calcul de l'angle d'inclinaison du

faisceau laser par rapport à la direction d'axe prédéter-

miné, en fonction des première et seconde positions du faisceau laser et de la distance comprise entre la première

et la seconde position de l'organe mobile.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven-

tion seront mieux compris à la lecture de la description

qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective représentant un exemple de machine de traitement par un laser, dans laquelle est représenté sous forme générale un mode de réalisation d'appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser selon l'invention;

la figure 2 est un schéma simplifié de la disposi-

tion des miroirs de l'appareil d'alignement du trajet du faisceau laser représenté sur la figure 1; la figure 3 est un schéma représentant les angles

d'incidence d'un faisceau laser lorsqu'il subit une expan-

sion puis une collimation, dans l'ensemble à miroirs représenté sur la figure 2; la figure 4 est un schéma simple représentant un exemple du dispositif d'ajustement de miroir destiné à un appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser selon l'invention; la figure 5 est un schéma simplifié représentant un autre exemple de dispositif d'ajustement de miroir destiné à l'appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser selon l'invention; la figure 6 est un schéma explicatif d'un exemple de dispositif de détection de position d'un faisceau laser, la figure 7 est une coupe par le plan VII-VII de la figure 6, dans le sens des flèches; la figure 8 est un diagramme synoptique d'un mode de réalisation d'appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser selon l'invention; la figure 9 est un diagramme synoptique d'un mode de réalisation de section principale de commande de l'appareil de la figure 8;

la figure 10 est un diagramme synoptique représen-

tant une section d'entraînement de moteurs de miroir de l'appareil de la figure 8; la figure 11, formée par les figures li A et 1 l B, est un ordinogramme illustrant la mise en oeuvre du premier mode de réalisation de l'invention; la figure 12 représente un affichage donné par un dispositif d'affichage lors de la mise en oeuvre du premier mode de réalisation de l'invention;

la figure 13 est un schéma représentant un dispo-

sitif d'affichage formé sur le tube à rayons cathodiques d'un moniteur pendant la mise en oeuvre du premier mode de réalisation de l'invention; la figure 14 est un diagramme synoptique d'un second mode de réalisation de la section principale de commande de l'appareil de la figure 8; les figures 15 à 18 sont des schémas illustrant le principe de calcul de l'angle d'inclinaison du trajet du faisceau laser par rapport aux axes X, Y et Z, dans le second mode de réalisation représenté sur la figure 14; et

la figure 19, formée des figures 19 A et 19 B, repré-

sente un ordinogramme illustrant le fonctionnement du

second mode de réalisation de l'invention.

On décrit d'abord rapidement, en référence à la figure 1, un mode de réalisation de l'invention dans la

description générale d'une machine 1 de traitement par

faisceau laser afin que le mode de réalisation de l'inven-

tion puisse être observé tridimensionnellement.

D'abord, comme représenté sur la figure 1, la machine 1 de traitement par un laser comporte quatre colonnes 3 qui supportent deux organes 5 de support et deux

manchons 7 de guidage d'axe X, les manchons 7 étant dis-

posés dans une direction d'axe X Des embases 9 et 11 à chariot d'axe X sont supportées par les manchons 7 afin qu'elles puissent coulisser, et un chariot 13 d'axe X, placé dans la direction Y, leur est raccordé Le chariot 13 d'axe X supporte lui-même un chariot 15 d'axe Y qui peut coulisser sur le chariot 13 d'axe X Une colonne 17 d'axe

Z, qui est réglable en hauteur, dépasse à la partie infé-

rieure du chariot 15 d'axe Y. Un élément 19 est monté sur la colonne 17 d'axe Z de manière qu'il puisse tourner autour d'un axe vertical ci, et une tête 21 de traitement par un laser est montée sur l'élément 19 afin qu'elle puisse tourner autour d'un axe

horizontal c 2.

Ainsi, dans la machine 1 de traitement par un laser, la tête 21 de traitement par un laser peut être déplacée dans trois directions par déplacement du chariot 13 dans une direction d'axe X, du chariot 15 dans une direction d'axe Y et de la colonne 17 dans une direction d'axe Z. En outre, la rotation de l'élément 19 autour de l'axe vertical c 1 et la rotation de la tête 21 autour de l'axe horizontal c 2 permet la direction de l'extrémité de la tête 21 de coupe par un laser avec une orientation

tridimensionnelle quelconque.

Un générateur laser 23 est placé sur l'organe 5 de

support arrière afin qu'il crée un faisceau laser.

Plus précisément, le générateur 23 comprend un

premier oscillateur laser tel qu'un oscillateur laser à He-

Ne destiné à émettre un faisceau visible qui est utilisé pour l'alignement du trajet du faisceau laser, et un second oscillateur laser, par exemple à C 02, destiné à émettre un faisceau laser de grande puissance qui assure le traitement. Le générateur 23 comporte aussi un dispositif optique qui transmet sélectivement l'un des faisceaux

d'énergie laser provenant du premier ou du second oscilla-

teur, suivant un trajet optique prédéterminé de sortie.

En outre, on se réfère à la figure 2 en plus de la figure 1; des miroirs sont disposés à des emplacements particuliers dans la machine 1 de traitement afin qu'ils guident le faisceau laser L du générateur 23 vers la tête

21 de traitement.

Plus précisément, un miroir quart d'onde 29 destiné à polariser circulairement le faisceau laser du générateur 23, et un miroir plan 31 destiné à réfléchir le faisceau L du miroir 29 vers un premier miroir concave 33 sont placés à l'extrémité la plus en arrière de l'un des manchons 7 de guidage d'axe X Le premier miroir concave 33 est destiné à provoquer une expansion du faisceau laser L tout en le

réfléchissant vers un second miroir concave 35 qui réflé-

chit et collimate le faisceau laser L suivant l'axe X (le premier miroir concave est réglable linéairement afin que la distance comprise entre les miroirs 33 et 35 puisse être

réglée et puisse assurer une collimation convenable).

Ainsi, le premier miroir concave 33 joue le rôle d'un expanseur et le second miroir concave 35 joue le rôle à la fois d'un collimateur et d'un miroir directionnel d'axe X

(et est appelé dans la suite "miroir 35 d'axe X").

On se réfère à la figure 3; pour que l'aberration totale du faisceau reste inférieure à 5 %, le premier miroir concave 33 et le miroir directionnel 35 d'axe X sont réalisés de manière que les angles d'incidence 01 et 82

soient inférieurs à 30.

On se réfère à nouveau aux figures 1 et 2; lorsque le faisceau laser L a été réfléchi par le miroir 35, il se déplace suivant l'axe X jusqu'à ce qu'il parvienne sur un miroir 37 d'axe Y Le miroir d'axe Y qui est monté sur l'embase 11 du chariot d'axe X, renvoie le faisceau L

suivant l'axe Y vers un miroir 41 d'axe Z par l'intermé-

diaire d'un miroir 39 de déplacement, ces deux miroirs étant placés dans le chariot 15 d'axe Y Le miroir 39 de

déplacement peut être utilisé pour la correction du dépla-

cement latéral éventuel du faisceau laser L avant qu'il ne parvienne sur le miroir 41 d'axe Z Enfin, le faisceau laser L qui a frappé le miroir 41 est réfléchi vers le bas dans la colonne 17 d'axe Z vers l'élément 19 et la tête 21 de traitement Dans l'élément 19 et la tête 21, le faisceau laser L est réfléchi par un premier miroir 43 et un second miroir 45 de tête et parvient au centre de la lentille 47

de focalisation.

On se réfère maintenant à la figure 4; un dispo-

sitif 49 d'ajustement d'inclinaison de miroir est monté sur chacun des miroirs 31, 33, 35, 37, 39 et 41 afin qu'il permette un pivotement des miroirs autour de deux axes orthogonaux F et G qui se trouvent dans le plan de

réflexion de chacun des miroirs.

Plus précisément, un ensemble comporte un moteur vertical 51 à courant continu et un moteur horizontal 53 à courant continu comprenant des dispositifs convenables, par exemple des vis 55, 57 à pas différentiel et à rapport élevé de démultiplication, afin que chaque miroir 31, 33, , 37, 39, 41 pivote autour de deux axes orthogonaux F et G La direction relative d'inclinaison autour de chacun des axes F et G est déterminée par la transmission de tension

positive ou négative aux moteurs 51 et 53.

Comme l'indique la figure 5, à la place des moteurs 51, 53 et des vis 55, 57 représentés sur la figure 4, un dispositif 59, 61, 63 de support de miroirs peut être utilisé comme dispositif d'ajustement de l'inclinaison du miroir Dans ce cas, les dispositifs 59, 61, 63 de support de miroir sont montés à la surface d'une plaque 65 de support de miroir et sont au sommet d'un triangle destiné à supporter le miroir 31 (ou 33, 35, 37, 39 ou 41) Ainsi, l'avance ou le recul d'une tige de l'un des dispositifs 59, 61, 63 par rapport au corps du dispositif 59, 61, 63 provoque un ajustement de l'inclinaison du miroir 31 (ou

33, 35, 37, 39 ou 41).

On se réfère à nouveau à la figure 1, un dispositif 67 de commande numérique est monté sur la machine 1 de traitement pour la commande des mouvements de translation dans les directions axiales respectives du chariot 13 d'axe X, du chariot 15 d'axe Y et de la colonne 17 d'axe Z, et pour le réglage du mouvement de rotation de l'élément 19 et de la tête 21 Un boîtier manuel 69 qui joue le rôle d'un boîtier d'apprentissage pour la saisie d'un programme d'entraînement au cours d'une opération d'apprentissage ou

analogue, est raccordé à la commande numérique 67.

En outre, un dispositif 71 de commande par ordina-

teur destiné à commander le générateur à laser 23 et à régler les miroirs 31, 33, 35, 37, 39, 41 est relié à la

commande numérique 67.

Ainsi, le traitement voulu par un laser peut être réalisé par la machine 1 sur une pièce placée sur le châssis, grâce à la commande numérique 67 et au dispositif

71 de commande par ordinateur.

A cet égard, un moniteur à tube à rayons cathodiques 73 est destiné à permettre l'alignement du trajet du faisceau laser comme décrit plus en détail dans la suite du

présent mémoire.

On se réfère maintenant à la figure 6; un dispo-

sitif 75 de détection de position d'un faisceau laser est monté de façon amovible sur l'élément 19 afin qu'il détecte

la position du faisceau laser (position latérale en direc-

tion perpendiculaire à la direction d'avance) à proximité de la tête 21 de traitement lorsque le trajet du faisceau

laser est en cours d'alignement.

Plus précisément, un miroir de tête 43 est placé afin qu'il puisse être monté et démonté librement dans un trou 19 a de montage formé dans l'élément 19 Un tronçon taraudé 19 b de montage est formé dans l'élément 19 afin qu'il permette l'installation du dispositif 75 de détection de la position du faisceau laser qui peut être monté et

démonté librement.

Ainsi, lorsque le dispositif 75 de détection de la position du faisceau laser est monté sur l'élément 19, après extraction du miroir 43 de tête, un cylindre 77 de montage du dispositif 75 est introduit dans le trou 19 a, et le tronçon de tête 77 a du cylindre 77 est vissé dans le tronçon taraudé 19 b Le corps du dispositif 79 de détection est alors monté sur le cylindre 77 Plus précisément, un tronçon de coopération formé dans le corps 79 coopère temporairement avec une gorge 77 b formée à la périphérie de

la partie inférieure du cylindre 77 de montage.

On se réfère à la figure 7; un repère cible 83 est formé à une face inférieure 8 la du châssis 81 du corps 79 sur lequel est dirigé le faisceau laser L (faisceau laser visible par exemple du laser He-Ne) provenant de l'élément

19 Ainsi, il est possible de déterminer l'état d'aligne-

ment du trajet du faisceau laser par détection de la

position du faisceau par rapport au repère cible 83.

Une caméra 85 à dispositif à couplage par charge est placée sur une face supérieure 81 b du châssis 81 afin qu'elle détecte la position du faisceau dirigé sur le

repère 83 La face supérieure 81 b du châssis 81 est incli-

née par rapport à la surface inférieure 8 la afin que l'axe

optique de la caméra 85 passe par le centre du repère 83.

Ainsi, le traitement des signaux de la caméra 85 permet la détection du fait que le faisceau laser L est dirigé convenablement sur la position centrale du repère 83

ou non.

Lorsque le miroir 43 de la tête est à nouveau monté sur l'élément 19 après alignement du trajet du faisceau, le

positionnement mécanique des miroirs 43, 45 assure l'arri-

vée du faisceau laser L, dont la position a été alignée par rapport au dispositif 75 de détection de position du

faisceau laser, au centre de la lentille 47 de focalisa-

tion, par l'intermédiaire de l'autre miroir 45 de la tête.

On se réfère maintenant à la figure 8; l'appareil d'alignement du trajet du faisceau laser comprend le dispositif 71 de commande par ordinateur qui constitue la section de commande Le dispositif 71 est monté afin qu'il il reçoive le signal de détection de la caméra 85 et ajuste la

direction des miroirs 31, 33, 35, 37, 39, 41.

Plus précisément, le signal provenant de la caméra du dispositif 75 de détection est traité sous forme d'une image par un dispositif 87 de saisie de trame placé

dans le dispositif 71 L'image du dispositif 87 est trans-

mise à la section principale 89 de commande et à un moni-

teur 73.

Ainsi, l'observation du moniteur 73 permet la détection de la position du faisceau laser par rapport au

repère 83.

On se réfère maintenant à la figure 9; une section 93 de calcul de position de faisceau et de profil et une première et une seconde section 95, 97 de mémorisation de position de faisceau et de profil sont incorporées à la section principale 89 de commande Dans la section 93 de

calcul, la position du centre du faisceau et les coordon-

nées périphériques du profil du faisceau par rapport au repère 83 (appelées respectivement dans la suite position du faisceau et profil du faisceau) sont calculées d'après le signal d'image provenant du dispositif 87 de saisie La position du faisceau et les profils calculés sont mémorisés pour être utilisés dans la première section 95 ou la seconde section 97 de mémorisation de position et de

profil.

On se réfère à nouveau à la figure 8; la première position et le premier profil, et la seconde position et le

second profil conservés dans les sections 95, 97 respecti-

vement sont affichés par le dispositif 98 d'affichage.

Dans le dispositif 71 de commande par ordinateur, un dispositif 99 d'entrée permet l'ajustement de l'orientation des miroirs 31, 33, 35, 37, 39, 41 lorsque la position du faisceau affiché sur le moniteur 73 s'est écartée de la position voulue; le dispositif 99 transmet un signal d'ajustement au moteur vertical 51 et au moteur horizontal 53, associés à chaque miroir, lorsque l'orientation des

miroirs 31 41 doit être ajustée.

Par exemple, le moteur vertical 51 peut tourner dans le sens des aiguilles d'une montre ou en sens inverse par enfoncement de deux touches 99 a, 99 b portant une flèche, disposées parallèlement à gauche et à droite, et le moteur horizontal 53 peut être entraîné en rotation dans le sens

des aiguilles d'une montre et en sens inverse par enfonce-

ment de deux touches 99 c, 99 d portant des flèches, dispo-

sées parallèlement vers le haut et vers le bas.

En outre, l'un quelconque des moteurs des miroirs 31, 33, 35, 37, 39, 41 peut être piloté sélectivement par un signal provenant du dispositif 99 d'entrée, c'est-à-dire un signal produit par enfoncement d'une touche numérique

convenable 99 e.

Une section 101 de pilotage de moteur de miroir est placée dans le dispositif 71 pour le pilotage de l'un quelconque des moteurs d'ajustement 51, 53 des miroirs 31,

33, 35, 37, 39, 41 après réception d'un signal d'instruc-

tion du dispositif 99 d'entrée par l'intermédiaire de la

section principale de commande 89.

On se réfère maintenant à la figure 10; un commuta-

teur 105 de commutation automatique-manuel et un relais 107 sont placés dans la section 101 de pilotage de moteur de miroir entre une source de tension 103 et les moteurs 51, 53 Le relais 107 commute les moteurs 51, 53 par tout ou rien en fonction d'un signal provenant de la section

principale de commande 89 Un interrupteur à bouton-pous-

soir manuel 109 est en outre placé entre le relais 107 et

la section principale de commande 89.

Lors de la commande des moteurs 51, 53, l'ordinateur 71 est excité et l'interrupteur 109 à bouton-poussoir est enfoncé. Ainsi, dans ce mode de réalisation de l'invention, si l'interrupteur 109 à bouton-poussoir n'est pas enfoncé, les moteurs 51, 53 ne sont pas commandés si bien qu'un fonctionnement erroné des moteurs des miroirs n'est pas possible même si un signal erroné est transmis par la

section principale de commande 89.

On se réfère à nouveau à la figure 8; le boîtier manuel 69 est connecté à la section 101 de pilotage de

moteur de miroir Le boîtier 69, lorsqu'il est convenable-

ment manoeuvré, permet une commande manuelle des moteurs

51, 53.

Ainsi, l'opérateur peut ajuster les miroirs à l'aide du boîtier 59, tout en vérifiant la position réelle du faisceau laser à côté de l'élément 19 sur lequel est placé

le dispositif 75 de détection de position de faisceau.

Comme l'indique la figure 8, la commande numérique

67 est connectée au dispositif 71 de commande par ordina-

teur Un moteur 113 de chariot d'axe X ou Y ou de colonne d'axe Z est aussi connecté à la colonne numérique 67 par une section 111 de pilotage de moteur de chariot Le moteur 113 comporte un codeur convenable 115 dont le signal de

sortie est transmis à la commande numérique 67.

Ainsi, la section principale 89 de commande peut travailler en coopération avec la commande numérique 67 En outre, l'amplitude de déplacement du chariot 13 d'axe X, du chariot 15 d'axe Y et de la colonne 17 d'axe Z peut être

calculée d'après le signal de sortie du codeur 115.

On se réfère maintenant à la figure 11 pour la

description du procédé d'alignement du faisceau laser L par

rapport aux axes X, Y et Z Grâce à ce procédé, le faisceau laser L est aligné sur les axes X, Y et Z et parvient au centre de la lentille 47 de focalisation, sur la tête de

traitement 21.

Au pas 121, le dispositif 75 de détection de la

position du faisceau laser est monté sur l'élément 19.

Au pas 123, un réglage grossier des miroirs est réalisé manuellement à l'aide du boîtier manuel 69 et analogue. Au pas 125, le chariot 13 d'axe X est déplacé vers

la position la plus proche de l'expanseur 33 et du collima-

teur 35 (position d'extrémité arrière de la figure 1).

Au pas 127, l'obturateur (non représenté sur le dessin) du générateur laser 27 est ouvert et le faisceau L est émis, le faisceau étant un faisceau visible, par

exemple d'un laser He-Ne.

Au pas 129, le profil du faisceau laser parvenant sur le repère 83 est détecté par le dispositif 75 de détection de position, et le repère 83 et le profil sont

affichés sur le moniteur 73.

Au pas 131, les coordonnées de la position du centre et les coordonnées périphériques (première position du faisceau et premier profil du faisceau) du profil projeté

sont calculées par rapport au réticule du repère 83.

Au pas 133, la première position et le premier profil du faisceau calculé au pas 131 sont mémorisés dans

la section 95 de mémorisation.

Au pas 135, la première position calculée au pas 131 est affichée numériquement dans une section 98 a d'affichage du dispositif 98 comme indiqué sur la figure 12, et le premier profil 73 a du faisceau (profil périphérique) est reproduit sur le moniteur 73 comme indiqué sur la figure 13 Cependant, il n'est pas essentiel que le premier profil

73 a soit reproduit sur le moniteur 73; il peut au con-

traire être reproduit sur le dispositif 98.

En outre, un positionnement tridimensionnel du trajet du faisceau laser L est représenté sous forme simulée dans une section d'affichage 98 b du dispositif 98

pendant l'alignement du faisceau laser.

Comme l'indique la figure 11, au pas 137, l'obtura-

teur du laser est fermé.

Au pas 139, le chariot 13 d'axe X est déplacé vers la position la plus éloignée de l'expanseur 33 et du

collimateur 35 (position la plus en avant sur la figure 1). Au pas 141, l'obturateur du laser est à nouveau ouvert. Au pas 143, le

profil du faisceau laser projeté est

détecté et affiché.

Au pas 145, les coordonnées du centre du faisceau laser sont calculées sous forme de la seconde position du faisceau. Au pas 147, la seconde position du faisceau est

mémorisée dans la section 97.

Au pas 149, l'opérateur commande la rotation des moteurs 51, 53 du miroir 35 d'axe X dans le sens convenable par enfoncement des touches convenables 99 a, 99 b, 99 c, 99 d du dispositif 99 si bien que le premier profil 73 b du faisceau se déplace et vient coïncider avec un premier

faisceau projeté 73 a, sur le moniteur 73 (voir figure 13).

Les touches 99 a, 99 b, 99 c, 99 d du dispositif 99 d'entrée sont connectées aux moteurs 51, 53 placés sur le miroir 35 d'axe X si bien que le sens de la flèche d'une touche enfoncée correspond au sens de déplacement des profils du faisceau sur l'affichage Ainsi, lorsque les flèches 99 a, 99 b de la figure 8 sont enfoncées, le second

faisceau projeté 73 b de la figure 13 se déplace horizonta-

lement et, lorsque les touches 99 c, 99 d de la figure 8 sont enfoncées, le second faisceau projeté 73 b de la figure 13 se déplace verticalement Ainsi, lorsque le faisceau 73 b doit être déplacé vers la gauche et vers le haut afin qu'il se rapproche du premier faisceau projeté 73 a sur la figure

13, les touches 99 a et 99 c sont enfoncées.

En outre, l'amplitude de rotation des moteurs 51, 53 est déterminée par le temps de maintien enfoncé des touches

99 a, 99 c Ainsi, pour que le second faisceau 73 b se rap-

proche du premier faisceau 73 a comme indiqué sur la figure 13, il faut que la touche 99 c ayant une flèche tournée vers le haut soit enfoncée à peu près deux fois plus longtemps

que la touche 99 a ayant une flèche tournée vers la gauche.

On se réfère à nouveau à la figure 11; si les deux profils de faisceau coïncident approximativement sur le moniteur 73, la coïncidence des deux profils est confirmée au pas 151 par les valeurs des coordonnées de la première et de la seconde position du faisceau sur la section

d'affichage 98 a, 98 c (figure 12) Dans le cas o la diffé-

rence entre les valeurs des deux jeux de coordonnées n'est pas inférieure à une valeur permise spécifiée, des réglages minuscules sont réalisés par enfoncement à nouveau des

touches 99 a à 99 d.

Ainsi, si la différence entre les valeurs des coordonnées indiquées dans la section 98 a, 98 c prend une valeur permise spécifiée, l'ajustement du miroir 35 est

terminé et le programme passe au pas 153.

Il faut noter que, si le faisceau laser L est aligné sur l'axe X, la position du faisceau projeté ne doit pas se déplacer, même lorsque le chariot 13 se déplace le long du manchon 7 En conséquence, pendant les étapes 125 à 151, le faisceau laser L, disposé suivant l'axe X, est alors aligné sur l'axe X. Le pas 153 détermine si l'ajustement du miroir 41 d'axe Z a été terminé ou non Si l'ajustement n'a pas été terminé, le programme passe au pas 155 auquel la coordonnée X est remplacée par la coordonnée Y et le programme revient

au pas 125.

Si les actions des pas 125 à 149 pour l'ajustement

des miroirs d'axe Y et d'axe Z sont exécutées et si l'ajus-

tement du miroir d'axe Z est terminé, le programme passe du

pas 153 au pas 157.

Après l'ajustement du miroir d'axe Z, si la position du faisceau projeté s'écarte du centre du repère 83, l'opérateur, en observant l'image sur le moniteur 73 par exemple, fait tourner les miroirs 31 et 33 (ou le miroir 39) d'une quantité convenable, au pas 157, et déplace la

position du faisceau projeté vers le centre du repère 83.

Le fait que le faisceau peut être déplacé parallèlement vers une position latérale par rapport à la direction d'avance par ajustement des angles des deux miroirs est

bien connu et son explication est donc omise.

La figure 14 représente un second mode de réalisa-

tion de la section principale de commande 89 selon l'inven-

tion D'abord, comme dans le cas de la section principale de commande du premier mode de réalisation, la position centrale du faisceau projeté (position de faisceau) est calculée par la section 93 de calcul de position de faisceau. La position du centre du faisceau calculé par la section 93 de calcul de position de faisceau est mémorisée dans une première section 117 ou une seconde section 119 de mémorisation de position de faisceau; lorsque les chariots 13, 15 d'axe X et Y et la colonne 17 d'axe Z sont déplacés vers des positions plus proches de l'expanseur 33 et du collimateur 35, les positions détectées du centre du

faisceau sont mémorisées dans une section 117 de mémorisa-

tion de la première position du faisceau et, lorsque les chariots 13, 15 d'axe X et Y et la colonne 17 d'axe Z sont déplacés vers des positions plus éloignées de l'expanseur 33 et du collimateur 35, les positions détectées du centre du faisceau sont mémorisées dans une seconde section 119 de

mémorisation de la seconde position du faisceau.

D'après une impulsion provenant d'un codeur 115 monté sur le moteur 113 des chariots d'axe X et Y ou de la colonne d'axe Z, la distance parcourue par les chariots 13, 15 d'axe X ou Y et/ou la colonne 17 d'axe Z est calculée par une section 121 de calcul de distance parcourue par un

chariot ou une colonne.

En fonction de la distance parcourue par les cha-

riots 13, 15 ou la colonne 17, obtenue à partir de la section 121, et de la position projetée du faisceau obtenu à partir de la première et de la seconde section 117, 119, l'angle d'inclinaison e du faisceau laser L par rapport aux axes X, Y et Z est calculé par une section 123 de calcul

d'angle d'inclinaison du faisceau.

On décrit maintenant rapidement le procédé de calcul Par exemple, comme l'indique la figure 15, le trajet du faisceau laser L est supposé incliné par rapport à l'axe Z (on suppose que les alignements des axes X et Y

ont été terminés).

Sur la figure 15, à la place de l'axe Z, un faisceau virtuellement aligné Lo est indiqué, l'alignement du faisceau ayant été terminé par rapport à l'axe Z Le

faisceau laser existant L (présentant un défaut d'aligne-

ment) est représenté par le faisceau incliné suivant un angle e par rapport au faisceau virtuel Lo Les deux faisceaux sont réfléchis par le miroir 41 d'axe Z au même point mais, en avançant vers la droite sur la figure 15, le faisceau virtuel Lo est maintenu parallèle à l'axe Z et le faisceau L qui présente un défaut d'alignement est séparé

du faisceau Lo.

On suppose en outre, que lorsque la colonne 17 d'axe Z est élevée vers l'extrémité la plus haute, la coordonnée Z du repère 83 est Z = Zp, et, lorsque la colonne 17 d'axe

* Z est abaissée vers l'extrémité la plus basse, la coordon-

née Z du repère 83 est Z = Ze; ainsi, sur la figure 15, la référence m 1 désigne la distance comprise entre le miroir 41 et le repère 83 lorsque la colonne 17 est élevée à l'extrémité la plus haute Ensuite, si a désigne l'écart entre les deux faisceaux L, L O à la hauteur Zp et si b

désigne cette distance à la hauteur Ze, l'angle d'inclinai-

son peut être obtenu d'après l'expression suivante: tge = (b-a)/(Z e-Zp) = c/Zv ( 1) avec c = b-a et Zv représentant l'amplitude de déplacement de l'extrémité la plus haute de la colonne Z à l'extrémité

la plus basse.

Il faut noter dans l'équation ( 1) que la différence c (= a-b) est égale à la différence entre la première et la

seconde position mémorisées dans les sections 117 et 119.

L'angle d'inclinaison 8 du faisceau L par rapport à l'axe Z est calculé par la section 123 d'après la valeur Zv obtenue dans la section 121 et la première et la seconde position

obtenues dans les sections 117 et 119 de mémorisation.

On se réfère maintenant à la figure 16 pour la

description du procédé de calcul de l'angle d'inclinaison

du faisceau par rapport à l'axe Y; un faisceau virtuelle-

ment aligné Lo est encore considéré, l'alignement du faisceau par rapport à l'axe Y étant supposé terminé (on

suppose que l'alignement d'axe X a été terminé).

Il faut noter, sur la figure 16, que les références se trouvant à droite du miroir 41 représentent des images virtuelles formées par le miroir 41 et que celles qui se trouvent à droite du miroir 39 représentent des images virtuelles formées par le miroir 39 Ainsi, de manière connue, les trajets L et Lo à droite des miroirs 41 et 39

se trouvent toujours sur le prolongement de trajets corres-

pondants à gauche des miroirs 41 et 39, indépendamment des

directions d'orientation des miroirs 39 et 41.

Ainsi, dans les images virtuelles, le faisceau virtuellement aligné Lo est prolongé sous forme d'une droite parallèle au prolongement de l'axe Y En outre, le faisceau L présentant un défaut d'alignement est prolongé

suivant une droite faisant un angle e avec le faisceau Lo.

L'image virtuelle transmise au repère 83 du dispo-

sitif 75 de détection de position du faisceau est aussi

placée sur le prolongement (dans l'espace virtuel).

Ainsi, le calcul de l'angle d'inclinaison du fais-

ceau par rapport à l'axe Y est réalisé de la même manière que décrit précédemment On suppose que la coordonnée Y (dans l'espace virtuel) du repère 83, lorsque le chariot 13 d'axe Y est déplacé vers l'extrémité gauche de la figure 1, est Y = Yp et que, lorsque le chariot 13 est déplacé à l'extrémité droite de la figure 1, la coordonnée Y (dans l'espace virtuel) du repère 83 est Y = Ye A cet égard, sur la figure 16, la référence m 2 désigne la distance optique comprise entre le miroir 37 d'axe Y et le miroir 41 d'axe Z Si l'écart entre les deux faisceaux L, Lo est appelé a pour Yp et b pour Ye, l'angle d'inclinaison du faisceau L ayant le défaut d'alignement peut être obtenu d'après l'expression suivante tg O = (b-a)/(Ye -Yp) = C/Yv ( 2) avec c = b-a et Yv = Ye-Yp Comme décrit précédemment la différence c (= b-a) est égale à la différence entre la première et la seconde position du faisceau, ces deux positions étant obtenues lorsque le chariot d'axe Y est déplacé vers la position pour laquelle Y = Yp et Y = ye, les positions étant conservées dans les sections 117 et 119

de mémorisation.

En conséquence, l'angle e d'inclinaison du faisceau L par rapport à l'axe Y est aussi calculé dans la section 123 de calcul d'après les données de la section 121 de

calcul et des sections 117 et 119 de mémorisation.

De la même manière, comme l'indique la figure 17, l'angle d'inclinaison du faisceau L présentant un défaut d'alignement par rapport à l'axe X peut être obtenu d'après l'expression tge = (b-a)/(X e-Xp) = c/Xv ( 3) avec c = b-a et Xv = Xe-X Par ailleurs, sur la figure 16, la référence m 3 désigne la distance optique comprise entre le miroir 35 d'axe X et le miroir 37 d'axe Y. On se réfère à nouveau à la figure 14; les angles représentant le défaut d'alignement des miroirs sont ralculés dans une section 125 de calcul d'angle de défaut d'ajustement d'après l'angle d'inclinaison du faisceau par

rapport à chaque axe, calculé dans la section 123.

Par exemple, comme représenté sur la figure 18, le faisceau laser L qui est réfléchi par le miroir 35 d'axe X vers l'axe X est incliné d'un angle e par rapport au

faisceau virtuellement aligné Lo dont le trajet est paral-

lèle à l'axe X En outre, comme représenté sur la figure 18, le faisceau laser L est incliné d'un angle O dans la direction horizontale et est aussi incliné d'un angle T en

direction verticale Dans ce cas, l'angle de défaut d'ajus-

tement du miroir 35 est calculé comme étant égal à 0/2 autour d'un axe vertical (axe F) et l/2 autour d'un axe

horizontal (axe G).

Il arrive que les directions horizontale et verti-

cale diffèrent légèrement des directions des droites perpendiculaires (réticules) du repère 83 Ainsi, lors du calcul des angles d'inclinaison en direction horizontale et en direction verticale, il est souhaitable préalablement que le miroir 35 d'axe X par exemple pivote d'un très petit angle autour de l'axe F, et le déplacement du faisceau

parvenant sur le repère 83 est observé afin que la direc-

tion horizontale réelle par rapport au réticule du repère

83 soit déterminée.

On se réfère à nouveau à la figure 14; l'amplitude de rotation des moteurs vertical et horizontal montés sur les miroirs d'axe X, Y et Z 35, 36, 41 est calculée dans une section de calcul d'amplitude de rotation de moteurs d'après l'angle de défaut d'ajustement du miroir, calculé

dans la section 125.

On se réfère maintenant à la figure 19; pour que les miroirs soient ajustés en réalité par utilisation du second mode de réalisation de l'invention, au pas 131, le dispositif 75 de détection de la position du faisceau laser est monté sur l'élément 19 et, au pas 133, un alignement

grossier des miroirs est réalisé manuellement.

Ensuite, au pas 135, le chariot 15 d'axe Y est placé presque au centre du chariot 13 d'axe X; la colonne 17 d'axe Z est fixée à sa position la plus haute et le chariot 13 d'axe X est déplacé vers la position la plus proche de

l'expanseur 33 et du collimateur 35.

Au pas 137, l'obturateur du générateur 23 est ouvert

afin qu'il permette l'émission du faisceau laser visible.

Au pas 139, le miroir 35 d'axe X pivote d'un très petit angle par exemple en direction horizontale et un axe horizontal H et un axe vertical V sont déterminés sur le

repère 83.

Au pas 141, un profil du faisceau projeté sur le repère 83 est détecté et la coordonnée de la position centrale (première position du faisceau) est calculée à partir de l'axe horizontal H et de l'axe vertical V. Au pas 143, la première position du faisceau est

mémorisée dans la section 117.

Au pas 145, l'obturateur du générateur laser 23 est fermé. Au pas 147, le chariot 15 d'axe Y et la colonne 17 d'axe Z sont fixés dans les positions existantes et le chariot 13 d'axe X est déplacé vers la position la plus

éloignée de l'expanseur 33 et du collimateur 35.

Au pas 149, l'obturateur du générateur 23 est ouvert

à nouveau.

Au pas 151, le second profil du faisceau est détecté et les coordonnées de la position centrale sont calculées

(seconde position du faisceau).

Au pas 153, l'angle d'inclinaison 8 du faisceau par rapport à l'axe X est calculé, d'après l'amplitude de déplacement du chariot d'axe Xv et d'après les valeurs de la première et de la seconde position du faisceau, sous la forme: tge = (b-a)/(X -Xe) = c/Xv Au pas 155, les angles de défaut d'ajustement 0/2,

Y/2 du miroir 35 sont calculés.

Au pas 157, l'amplitude de rotation des moteurs 51,

53 est calculée.

Au pas 159, les angles de défaut d'ajustement 0/2,

T/2 du miroir 35 sont affichés sur le dispositif 98.

Au pas 161, l'opérateur saisit les angles de défaut

d'alignement 0/2, T/2 provenant du dispositif 99 en fonc-

tion de l'affichage du pas 159, et les moteurs 51, 53 sont mis en rotation Les angles d'ajustement 0/2, T/2 peuvent

être saisis à l'aide des touches numériques 99 e du dispo-

sitif 99 d'entrée.

Le pas 163 détermine si l'ajustement du miroir d'axe

Z a été terminé ou non Si l'ajustement n'a pas été ter-

miné, le programme passe au pas 165 auquel l'axe traité est changé de l'axe X à l'axe Y. Les actions précédentes sont répétées pour le miroir d'axe Y et le miroir d'axe Z Lorsque l'ajustement du miroir d'axe Z a été terminé, le programme passe au pas 167.

Au pas 167, le faisceau laser est déplacé parallèle-

ment à l'axe Z afin qu'il coïncide avec l'axe Z. Grâce à ce mode de réalisation de l'invention, le faisceau laser est aligné avec précision sur les axes X, Y et Z car les miroirs d'axe X, Y et Z sont ajustés en fonction d'angles d'inclinaison détectés avec précision pour le faisceau laser L, par rapport aux axes X, Y et Z. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 Appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser destiné à une machine de traitement par un laser qui comporte un générateur laser ( 23), une tête ( 21) de traitement par laser, un dispositif ( 13, 15, 17) destiné à déplacer la tête dans une direction d'axe prédéterminé, et un miroir destiné à guider le faisceau laser du générateur à la tête de traitement, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif ( 75, 83) disposé sur ladite tête ( 21) de traitement par laser, pour détecter une position de passage du faisceau laser à laquelle le faisceau laser coupe un plan de détection de faisceau laser qui est fixé sur la tête de traitement par laser et qui s'étend selon des directions perpendiculaires à l'axe de sortie de la tête de traitement par laser, un dispositif ( 117, 119) de mémorisation d'une première position du faisceau laser qui est détectée par le dispositif de détection dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une première position dans la direction d'axe prédéterminée, un dispositif ( 73) d'affichage de la première position du faisceau laser et d'une seconde position du faisceau, la seconde position du faisceau étant détectée par le dispositif de détection dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une seconde position dans la direction d'axe prédéterminée, et un dispositif ( 51, 53) destiné à faire tourner le miroir autour d'un axe qui se trouve à la surface du miroir, si bien que la seconde position du faisceau laser est modifiée afin qu'elle

coïncide avec la première position du faisceau laser.

2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement est un chariot d'axe X ( 13), un

chariot d'axe Y ( 15) ou une colonne d'axe d'axe Z ( 17).

3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage est un tube à rayons cathodiques ( 73) d'un moniteur d'affichage graphique de la première et de la seconde

position du faisceau laser.

4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce

que le dispositif d'affichage ( 98) est destiné à afficher numéri-

quement la première et la seconde position du faisceau laser.

Appareil d'alignement du trajet d'un faisceau laser destiné à une machine de traitement par un laser qui comporte un générateur laser ( 23), une tête ( 21) destinée à assurer un traitement par un faisceau laser, un dispositif ( 13, 15, 17) de déplacement de la tête de traitement dans une direction d'axe prédéterminée, et un miroir destiné à guider un faisceau laser du générateur vers la tête de traitement, caractérisé en ce qu'il comprend: un dispositif ( 75, 83) disposé sur ladite tête ( 21) de traitement par laser, pour détecter une position de passage du faisceau laser à laquelle le faisceau laser coupe un plan de détection de faisceau laser qui est fixé sur la tête de traitement par laser et qui s'étend selon des directions perpendiculaires à l'axe de sortie de la tête de traitement par laser, un dispositif ( 117, 119) destiné à mémoriser une première position du faisceau laser et une seconde position du faisceau laser, la première position étant détectée par le dispositif de détection dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une première position dans la direction d'axe prédéterminée, et la seconde position étant détectée par le dispositif de détection dans le cas o le dispositif de déplacement occupe une seconde position dans la direction d'axe prédéterminée, un dispositif ( 121) de calcul de la distance comprise entre la première et la seconde position du dispositif de déplacement, et un dispositif ( 123) de calcul de l'angle d'inclinaison du faisceau laser par rapport à la direction d'axe prédéterminée, d'après la distance comprise entre la première et la seconde position du dispositif de déplacement et d'après la première et la

seconde position du faisceau laser.

6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif ( 51, 53) destiné à faire tourner le miroir autour d'un axe se trouvant à la surface du miroir, en fonction de l'angle d'inclinaison du faisceau laser par rapport à la direction d'axe prédéterminée de manière que le trajet

du faisceau laser soit aligné.