FR2688726A1 - Device for shaping a laser beam output from an optical fibre, with influx of assistance gas and suction of the smoke (fumes) and the slag - Google Patents

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Abstract

The invention relates to devices for shaping a laser beam at the output of an optical fibre, these devices being furthermore provided with a nozzle for blowing in assistance gas and with a nozzle for sucking up the smoke and particles produced by the interaction of the laser with the material surface exposed. In an advantageous arrangement, the optical system (2), placed at the end of the optical fibre (8), is located in the tube (1) into which the gases are blown, so as to place the final lens (2) at a slight overpressure with respect to the external environment, and the suction takes place in the annular space formed between the tube (1) and the tube (3), the latter tube moreover constituting the mechanical case for the device. The device according to the invention may be used manually or at the end of a robot arm, as a cutting or scarfing (descaling) head.

Description

DESCRIPTION TECHNIQUE
La présente invention concerne les dispositifs de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique permettant rutilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre application de puissance.
TECHNICAL DESCRIPTION
The present invention relates to devices for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber allowing the reuse of this beam for cutting, welding, cleaning, engraving or any other power application.

ll apparente donc aux dispositifs généralement appelés "tête optique". D'une façon plus précise, l'invention concerne les dispositifs décrits ci-dessus mais munis en outre de buses intégrées d'aspiration et de soufflage de gaz. It therefore appears to devices generally called "optical head". More specifically, the invention relates to the devices described above but also provided with integrated gas suction and blowing nozzles.

Des systèmes de reprise de faisceau en sortie de fibre optique sont largement décrits ou envisagés dans de nombreux documents. Parmi ceux-ci, quelques-uns prévoient une alimentation en gaz, généralement de l'oxygène, de l'air ou de l'azote comme gaz d'assistance à la découpe.Beam recovery systems at the output of optical fiber are widely described or envisaged in numerous documents. Among these, some provide a supply of gas, generally oxygen, air or nitrogen as a gas to assist cutting.

Par la suite, nous appellerons simplement "tête optique" ces dispositifs de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique permettant l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre application de puissance.Thereafter, we will simply call "optical head" these devices for shaping a laser beam at the exit of an optical fiber allowing the use of this beam for the purposes of cutting, welding, cleaning, engraving or any other power application.

Ainsi le brevet américain 4.564.736 décrit-il une "pièce à main" permettant la focalisation du faisceau en sortie de fibre optique, et l'apport optionnel d'un gaz à l'aide d'un tuyau raccordé à rextrémité de la tête et permettant une éjection à peu près axiale du gaz.Thus, American patent 4,564,736 describes a "handpiece" allowing the focusing of the beam at the exit of optical fiber, and the optional contribution of a gas using a pipe connected at the end of the head. and allowing an almost axial ejection of the gas.

Il en est de même pour le dispositif décnt dans le brevet allemand 2.145.921 qui prévoie, lui, un soufflage du gaz de façon parfaitement coaxiale avec la fibre, en utilisant le tube souple qui gaine la fibre comme moyen d'amenée du gaz. Le gaz est introduit dans le tuyau au niveau de la chambre d'injection du laser dans la fibre.It is the same for the device decnt in the German patent 2,145,921 which foresees, him, a blowing of the gas in a perfectly coaxial way with the fiber, by using the flexible tube which sheaths the fiber as means of gas supply. The gas is introduced into the pipe at the level of the laser injection chamber into the fiber.

Le brevet américain 4.368.080 décrit, lui, une tête optique adaptée aux lasers CO2 et pourvue à la fois d'une aspiration et d'un soufflage de gaz de protection. Ce dernier est introduit directement dans la chambre de focalisation; en amont de la dernière lentille, alors que raspiration se fait à travers un soufflet coaxial avec le corps de focalisation.American patent 4,368,080 describes an optical head suitable for CO2 lasers and provided with both a suction and a blowing of protective gas. The latter is introduced directly into the focusing chamber; upstream of the last lens, while the aspiration is done through a bellows coaxial with the focusing body.

Tous ces dispositifs souffrent cependant d'un certain nombre d'inconvénients et impossibilités.All of these devices, however, suffer from a certain number of drawbacks and impossibilities.

Ainsi, le brevet allemand 2.145.921 ne prévoit-il pas d'aspiration des gaz et produits d'intéraction, le brevet américain 4.654.736 ne prévoit-il pas non plus d'aspiration, et impose-til le déplacement simultané du tuyau de gainage de la fibre et du tuyau d'amenée du gaz, et enfin le brevet américain 4.368.080 ne prévoit-il pas le recours à une fibre optique et impose-t-il le déplacement simultané de tubes de gainage du faisceau, d'un tuyau d'amenée du gaz et d'un tuyau d'aspiration.Thus, the German patent 2,145,921 does not provide for suction of gases and interaction products, the American patent 4,654,736 does not provide for suction either, and does it require the simultaneous displacement of the pipe sheathing of the fiber and the gas supply pipe, and finally American patent 4,368,080 does not provide for the use of an optical fiber and does it require the simultaneous displacement of sheathing tubes of the beam, d '' a gas supply pipe and a suction pipe.

L'impossibilité qu'il y a dans tous ces brevets d'aspirer la quasi-intégralité des gaz et particules produits par l'action du laser sur la surface du matériau exposé est particulièrement gênante quand l'application consiste à décaper par laser une pièce contaminée afin d'en extraire les poussières contaminées.The impossibility that there is in all of these patents to suck up almost all of the gases and particles produced by the action of the laser on the surface of the exposed material is particularly troublesome when the application consists in removing a part by laser. contaminated in order to extract the contaminated dust.

L'autre impossibilité qu'il y a dans tous ces brevets de protéger la lentille par une légère surpression estparticulièrement dommageable à l'utilisation intensive de la tête lorsque l'intéraction du faisceau avec la surface du matériau exposé produit beaucoup de fumées et de particules solides.The other impossibility that there is in all these patents to protect the lens by a slight overpressure is particularly harmful to the intensive use of the head when the interaction of the beam with the surface of the exposed material produces a lot of smoke and particles solid.

Le dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces inconvénients et impossibilités puisqu'il permet d'assurer les cinq fonctions : mise en forme optique du faisceau, apport de gaz, aspiration, compacité qui permet de le manipuler à la main ou d'en robotiser aisément les dépIacements, modularité de conception qui permet d'échanger facilement les optiques pour s'adapter aux applications.The device according to the invention makes it possible to avoid these drawbacks and impossibilities since it ensures the five functions: optical shaping of the beam, supply of gas, aspiration, compactness which makes it possible to manipulate it by hand or to easily robotize the displacements, modular design which allows easy exchange of optics to adapt to applications.

L'invention concerne un dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure, ou toute autre application de puissance comportant:
une optique (2) de reprise du faisceau en sortie de fibre (8) permettant de lui donner des caractéristiques de divergence et de section données, un dispositif mécanique (16) de maintien de la fibre optique (2) afin que sa face de sortie soit rigidement liée au système optique (2), un boitier mécanique (17) protégeant l'optique (2) et le dispositif (16) de maintien de la fibre optique (8) et permettant la préhension manuelle ou robotisée du dispositif, un tuyau (7) gainant la fibre optique (8) et raccordé au boitier (17), et caractérisé en ce qu'il est en outre muni d'une buse (18) de soufflage de gaz de forme convenable et d'une autre (19) d'aspiration de ce même gaz et de tout matériau provenant de Vintéraction du faisceau laser avec la matière exposée, connectés à des tuyaux (9) et (20) euxmême reliés à des moyens convenables de soufflage et d'aspiration.
The invention relates to a device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing the use of this beam for cutting, welding, cleaning, engraving, or any other application of power comprising:
an optic (2) for taking up the beam at the fiber outlet (8) making it possible to give it given divergence and cross-section characteristics, a mechanical device (16) for holding the optical fiber (2) so that its exit face either rigidly linked to the optical system (2), a mechanical box (17) protecting the optics (2) and the device (16) for holding the optical fiber (8) and allowing manual or robotic gripping of the device, a hose (7) sheathing the optical fiber (8) and connected to the housing (17), and characterized in that it is further provided with a nozzle (18) for blowing gas of suitable shape and another (19 ) suction of the same gas and of any material originating from the interaction of the laser beam with the exposed material, connected to pipes (9) and (20) themselves connected to suitable means for blowing and suction.

Suivant une autre caractéristique, la buse de soufflage (18) et la buse d'aspiration (19) sont non-coaxiales avec le faisceau, fixés à l'intérieur ou à l'extérieur du boitier mécanique.According to another characteristic, the blowing nozzle (18) and the suction nozzle (19) are non-coaxial with the bundle, fixed inside or outside the mechanical housing.

Suivant une autre caractéristique, une des deux buses de soufflage (18) ou d'aspiration (19) est coaxiale avec le faisceau.According to another characteristic, one of the two blowing (18) or suction (19) nozzles is coaxial with the bundle.

Suivant une autre caractéristique, les deux buses de soufflage (18) et d'aspiration (19) sont coaxiales avec le faisceau, les différents flux étant canalisés dans des tubes coaxiaux, le plus petit (1) contenant donc le faisceau laser, et le plus grand (3) pouvant avantageusement être le boîtier (17) lui-même.According to another characteristic, the two blowing (18) and suction (19) nozzles are coaxial with the beam, the various flows being channeled in coaxial tubes, the smallest (1) therefore containing the laser beam, and the larger (3) which can advantageously be the housing (17) itself.

Suivant une autre caractéristique, on souffle le gaz sous pression à travers le tube de plus faible diamètre (1), et en ce qu'on aspire le gaz et tout matériau provenant de l'intéraction du faisceau laser dans l'espace annulaire délimité par les deux tuyaux (1) et (3), afin que la face de Ia lentille (2) située le plus près de l'extrémité de sortie du dispositif soit en légère surpression par rapport au milieu extérieur.According to another characteristic, the gas under pressure is blown through the tube of smaller diameter (1), and in that the gas and any material originating from the interaction of the laser beam are sucked into the annular space delimited by the two pipes (1) and (3), so that the face of the lens (2) located closest to the outlet end of the device is slightly overpressured with respect to the external environment.

Suivant une autre caractéristique, on aspire Ie gaz sous pression à travers le tube de plus faible diamètre (1), et en ce qu'on souffle le gaz et tout matériau provenant de l'intéraction du faisceau laser dans l'espace annulaire délimité par les deux tuyaux (1) et (3).According to another characteristic, the gas under pressure is sucked through the tube of smaller diameter (1), and in that the gas and any material originating from the interaction of the laser beam are blown into the annular space delimited by the two pipes (1) and (3).

Suivant une autre caractéristique, le débit d'aspiration est assez supérieur au débit de soufflage pour que l'intégralité du gaz soufflé, des gaz et des particules éventuellement produits par l'intéraction du faisceau laser avec la matière, soient ré-aspirés par le dispositif et ne polluent ainsi pas le milieu extérieur. According to another characteristic, the suction flow rate is sufficiently greater than the blowing flow rate so that all of the blown gas, of the gases and of the particles possibly produced by the interaction of the laser beam with the material, are re-aspirated by the device and thus do not pollute the outside environment.

Suivant une autre caractéristique, le tuyau d'aspiration (20) est aussi le tuyau (7) de gainage de la fibre, et en ce que le tuyau (9) de soufflage est introduit à l'intérieur de ce tuyau (7) de gainage.According to another characteristic, the suction pipe (20) is also the fiber sheathing pipe (7), and in that the blowing pipe (9) is introduced inside this pipe (7). cladding.

Suivant une autre caractéristique, le tuyau (9) de soufflage est aussi le tuyau (7) de gainage de la fibre, et en ce que le tuyau d'aspiration (20) estittroduit à l'intérieur de ce tuyau (7) de gainage.According to another characteristic, the blowing pipe (9) is also the fiber sheathing pipe (7), and in that the suction pipe (20) is introduced inside this sheathing pipe (7) .

Suivant une autre caractéristique: le tube central (1) dans lequel on souffle le gaz est usiné de telle sorte qu'il supporte l'unique lentille (2) constituant le système optique, le tube (1) est centré dans le tube extérieur (3) au moyen d'ailes (4) et d'un filetage (5), de telle sorte que l'on puisse aisément passer d'une application à une autre, en dévissant le tube (1) pour le remplacer par un autre muni du nouveau système optique, les gaz et particules sont aspirés entre les deux tubes (1) et (3) en passant entre les ailes (4) du tube (1) situées à l'avant du dispositif, puis entre les ailes (6) du tube (3), lesquelles ailes (6) supportent la tige filetère (5) autour de laquelle vient se visser le tube (1), puis rentrent dans le tuyau (7) qui relie le dispositif au laser et aux moyens d'aspiration et de soufflage, et qui protège la fibre optique (8), le gaz sous pression est amené jusqu'au dispositif à l'aide d'un tube plastique (9) de faible section qui se connecte à un embout métallique (10) soudé dans l'épaisseur d'un des ailes (6) du tube (3), passe à travers un canal (10) percé dans cette aile, débouche dans un espace annulaire (11) qui permet de le faire passer à travers un tube métallique (12) débouchant à travers le tube (1) quelle que soit la position angulaire relative des tubes (1) et (3), débouche enfin à l'intérieur du tube (1) devant la lentille (2) à) travers un orifice dans lequel est glissé le tube (12), la fibre optique (8) est glissée dans un alésage (13) ménagé dans la partie centrale du tube (3) où se raccordent les ailes (6), et en particulier à travers la tige filetée (5), et maintenue immobile au moyen d'un joint torique (14) serré dans son siège conique à l'aide d'une vis percée (15), de telle sorte que sa face avant soit située au niveau que l'extrémité de la tige filetée (5),
le tuyau (9) est connecté au tube (10), et la fibre optique (8) est glissée dans l'alésage (13) puis serrée par la vis (15), en désolidarisant le tuyau (7) du tube (3) auquel il est normalement fixé en jouant sur son élasticité.
According to another characteristic: the central tube (1) in which the gas is blown is machined so that it supports the single lens (2) constituting the optical system, the tube (1) is centered in the outer tube ( 3) by means of wings (4) and a thread (5), so that one can easily pass from one application to another, by unscrewing the tube (1) to replace it by another fitted with the new optical system, gases and particles are sucked between the two tubes (1) and (3) passing between the wings (4) of the tube (1) located at the front of the device, then between the wings (6 ) of the tube (3), which wings (6) support the thread rod (5) around which the tube (1) is screwed, then enter the pipe (7) which connects the device to the laser and to the means suction and blowing, and which protects the optical fiber (8), the pressurized gas is brought to the device using a plastic tube (9) of small section which connects to a metal end piece (10) welded in the thickness of one of the wings (6) of the tube (3), passes through a channel (10) pierced in this wing, opens into an annular space (11) which allows pass it through a metal tube (12) opening through the tube (1) whatever the relative angular position of the tubes (1) and (3), finally opens inside the tube (1) in front of the lens (2) through) an opening in which the tube (12) is slid, the optical fiber (8) is slid in a bore (13) formed in the central part of the tube (3) where the wings (6) are connected , and in particular through the threaded rod (5), and held stationary by means of an O-ring (14) tightened in its conical seat using a drilled screw (15), so that its face front is located at the level that the end of the threaded rod (5),
the pipe (9) is connected to the tube (10), and the optical fiber (8) is slid into the bore (13) then tightened by the screw (15), separating the pipe (7) from the tube (3) to which it is normally fixed by playing on its elasticity.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, référencée aux dessins annexés, dans lesquels:
La figure 1 représente le dispositif dans sa version dans laquelle les deux buses sont noncoaxiales avec l'axe optique, et où (2) représente l'optique, (7) le tuyau de gainage de la fibre, (8) la fibre optique, (9) le tuyau de soufflage, (16) le système de blocage de la fibre, (17) le boîtier, (18) la buse de soufflage, (19) la buse d'aspiration et (20) le tuyau d'aspiration.
The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the description which follows, referenced in the appended drawings, in which:
FIG. 1 represents the device in its version in which the two nozzles are noncoaxial with the optical axis, and where (2) represents the optics, (7) the fiber sheathing pipe, (8) the optical fiber, (9) the blowing hose, (16) the fiber blocking system, (17) the housing, (18) the blowing nozzle, (19) the suction nozzle and (20) the suction hose .

La figure 2 représente le dispositif dans sa version dans laquelle seule la buse de soufflage est coaxiale avec l'axe optique, et où (2) représente l'optique, (7) le tuyau de gainage de la fibre, (8) la fibre optique, (9) le tuyau de soufflage, (16) le système de blocage de la fibre, (17) le boîtier, (18) la buse de soufflage, (19) la buse d'aspiration et (20) le tuyau d'aspiration.Figure 2 shows the device in its version in which only the blowing nozzle is coaxial with the optical axis, and where (2) represents the optics, (7) the fiber sheathing pipe, (8) the fiber optic, (9) the blowing hose, (16) the fiber blocking system, (17) the housing, (18) the blowing nozzle, (19) the suction nozzle and (20) the hose aspiration.

La figure 3 représente le dispositif dans sa version dans laquelle les deux buses sont coaxiales avec l'axe optique, et où (1) représente la buse de soufflage, (2) l'optique, (3) la buse d'aspiration, (7) le tuyau de gainage de la fibre, (8) la fibre optique, (9) le tuyau de soufflage, (16) le système de blocage de la fibre, (17) le boîtier et (20) le tuyau d'aspiration.FIG. 3 represents the device in its version in which the two nozzles are coaxial with the optical axis, and where (1) represents the blowing nozzle, (2) the optics, (3) the suction nozzle, ( 7) the fiber cladding pipe, (8) the optical fiber, (9) the blowing pipe, (16) the fiber blocking system, (17) the housing and (20) the suction pipe .

La figure 4 et ses différentes vues représente le dispositif dans sa version dans laquelle les deux buses sont coaxiales avec l'axe optique, et dans laquelle en outre le tuyau de gainage de la fibre optique est aussi le tuyau d'aspiration, et où (1) représente la buse de soufflage, (2) l'optique, (3) a buse d'aspiration, (4) les ailes du tube (1) , (5) la tige filetée, (6) els ailes du tube (3), (7) le tuyau de gainage de la fibre, (8) la fibre optique, (9) le tuyau de soufflage, (10) le perçage de l'aile (6), (11) L'espace annulaire entre le tube (1) et la tige filetée (5), (12) le tuyau de communication de l'intérieur du tube (1) et de l'espace (11), (13) l'alésage, (14) le joint torique et (15) la vis percée. FIG. 4 and its different views represents the device in its version in which the two nozzles are coaxial with the optical axis, and in which in addition the sheathing pipe of the optical fiber is also the suction pipe, and where ( 1) represents the blowing nozzle, (2) the optics, (3) a suction nozzle, (4) the wings of the tube (1), (5) the threaded rod, (6) the wings of the tube ( 3), (7) the fiber cladding pipe, (8) the optical fiber, (9) the blowing pipe, (10) the wing piercing (6), (11) The annular space between the tube (1) and the threaded rod (5), (12) the communication pipe inside the tube (1) and the space (11), (13) the bore, (14) the seal and (15) the drilled screw.

Les figures sont données à titre purement indicatif, afin de. mieux comprendre le principe du dispositif, elles ne sont en fait nullement limitatives et n'enlèvent donc rien à la généralité de l'invention.The figures are given for information only, in order to. better understand the principle of the device, they are in fact in no way limiting and therefore do not detract from the generality of the invention.

Le dispositif suivant l'invention est constitué d'une optique (2) de mise en forme du faisceau, d'un boitier mécanique (17), avantageusement cylindrique, qui contient l'optique (2) et un moyen (16) de fixation à l'extrémité de la fibre. Le boitier est par ailleurs connecté au tuyau (7) de gainage de la fibre. A son autre extrémité, le tuyau est par exemple relié à la chambre sous vide qui permet d'injecter le faisceau dans la fibre.The device according to the invention consists of an optic (2) for shaping the beam, a mechanical box (17), advantageously cylindrical, which contains the optic (2) and a fixing means (16) at the end of the fiber. The box is also connected to the fiber sheathing pipe (7). At its other end, the pipe is for example connected to the vacuum chamber which allows the beam to be injected into the fiber.

Un tuyau (9) par lequel arrive du gaz sous pression et un autre par lequel repartent des gaz et les produits de l'intéraction du faisceau laser avec la matière ont une extrémité fixée au boitier (16), et sont munis d'une buse (18) et (19) de forme convenable. Leur autre extrémité est reliée pour l'un des tuyaux (9) à un système de distribution de gaz sous pression (bouteille ou compresseur), et pour l'autre (20) à un aspirateur ou à une pompe (figure 1).A pipe (9) through which pressurized gas arrives and another via which gases and the products of the interaction of the laser beam with the material leave have one end fixed to the housing (16), and are provided with a nozzle. (18) and (19) of suitable shape. Their other end is connected for one of the pipes (9) to a pressurized gas distribution system (bottle or compressor), and for the other (20) to a vacuum cleaner or a pump (Figure 1).

Dans une disposition avantageuse, le tuyau (20) qui aspire est aussi celui (7) qui sert de gaine à la fibre optique (8), ce qui simplifie considérablement le dispositif. Le tuyau (9) qui transporte le gaz sous pression peut ou bien être relié au dispositif au niveau de la tête elle-même, auquel cas il est extérieur au tuyau de gainage (7), ou bien être passé dans le tuyau de gainage (7) et n'être donc jamais apparent sauf à proximité de la chambre d'injection où il faut le faire sortir du tuyau de gainage pour le connecter à la bouteille ou au compresseur (figures 2, 3 et 4).In an advantageous arrangement, the pipe (20) which sucks is also the one (7) which serves as a sheath for the optical fiber (8), which considerably simplifies the device. The pipe (9) which conveys the gas under pressure can either be connected to the device at the level of the head itself, in which case it is outside the sheathing pipe (7), or else be passed through the sheathing pipe ( 7) and therefore never be visible except near the injection chamber where it must be taken out of the cladding pipe to connect it to the bottle or the compressor (Figures 2, 3 and 4).

Dans une autre disposition, le tuyau (19) qui souffle le gaz est aussi celui (7) qui sert de gaine à la fibre optique (8), ce qui simplifie là encore considérablement le dispositif. Dans ce cas, c est le tuyau (20) qui aspire qui peut être ou bien extérieur au tuyau de gainage (7) de la fibre (8) et donc raccordé au dispositif au niveau de la tête elle-même, ou bien intérieur au tuyau (7) et n'être donc jamais apparent, sauf à proximité de la chambre d'injection où il faut le faire sortir du tuyau de gainage (7) pour le connecter à la pompe ou à l'aspirateur.In another arrangement, the pipe (19) which blows the gas is also the one (7) which serves as a sheath for the optical fiber (8), which again considerably simplifies the device. In this case, it is the suction pipe (20) which can either be external to the sheathing pipe (7) of the fiber (8) and therefore connected to the device at the level of the head itself, or else internal to the hose (7) and therefore never be visible, except near the injection chamber where it must be removed from the sheathing hose (7) to connect it to the pump or the vacuum cleaner.

La circulation des fluides dans le dispositif (soufflage et aspiration) peut être avantageusement coaxiale à l'axe optique, ce qui permet de rendre leurs effets symétriques sur la surface exposée au faisceau lasers Dans ce cas, ;n des flux passe dans un tube de faible diamètre (1) pouvant avantageusement contenir le faisceau, alors que l'autre flux passe entre ce tube (1) et un deuxième tube (3) de plus fort diamètre pouvant avantageusement constituer aussi le boitier de protection. il est alors préférable que dans le tube intérieur (1) qui contient aussi le faisceau laser, passe le gaz sous pression plutôt que l'aspiration afin qu'il y règne une légère surpression protégeant la face avant de la dernière lentille (2) des projections de particules et des condensations des gaz produits par l'intéraction.The circulation of the fluids in the device (blowing and suction) can advantageously be coaxial with the optical axis, which makes it possible to make their effects symmetrical on the surface exposed to the laser beam In this case, n of the flows pass through a tube of small diameter (1) which can advantageously contain the beam, while the other flow passes between this tube (1) and a second tube (3) of larger diameter which can advantageously also constitute the protective casing. it is then preferable that in the inner tube (1) which also contains the laser beam, pass the gas under pressure rather than the suction so that there reigns a slight overpressure protecting the front face of the last lens (2) projections of particles and condensations of gases produced by interaction.

Cette structure coaxiale impose bien entendu une disposition mécanique particulière qui permet à la fois le montage et le maintien du tube intérieur (1) et de l'optique (2) avec le tube extérieur (3), et le libre passage des gaz dans l'espace annulaire délimité par le tube intérieur (1) et le tube extérieur (3).This coaxial structure obviously requires a particular mechanical arrangement which allows both the mounting and the maintenance of the inner tube (1) and of the optics (2) with the outer tube (3), and the free passage of gases in the annular space delimited by the inner tube (1) and the outer tube (3).

Dans un design avantageux, le tube extérieur (3) supporte des ailes (6) qui se raccordent au centre du tube sous forme d'un cylindre que l'on appellera moyeu, muni à l'avant du dispositif, d'une tige filetée (5), et à l'arrière, d'un taraudage. n est par ailleurs traversé par un alésage (13) de même diamètre que la fibre optique (8). Cette dernière est bloquée à l'aide d'une vis percée (15), qu'on visse dans le taraudage du moyeu, et qui écrase un joint torique (14) dans un cône usiné dans le moyeu, en fond de taraudage.In an advantageous design, the outer tube (3) supports wings (6) which are connected to the center of the tube in the form of a cylinder which will be called hub, provided at the front of the device, with a threaded rod (5), and at the rear, a thread. n is also crossed by a bore (13) of the same diameter as the optical fiber (8). The latter is blocked with a pierced screw (15), which is screwed into the thread of the hub, and which crushes an O-ring (14) in a cone machined in the hub, at the bottom of the thread.

On fait en sorte que l'extrémité de la fibre (8) soit située à l'extrémité avant du moyeu.We make sure that the end of the fiber (8) is located at the front end of the hub.

Le système optique (2) est placé dans le tube intérieur (1), et ce dernier est vissé sur la tige filetée (5) du moyeu. L'extrémité de ce tube située à l'avant du dispositif peut être muni d'ailes (4) afin de pouvoir être aisément centré dans le tube extérieur (3).The optical system (2) is placed in the inner tube (1), and the latter is screwed onto the threaded rod (5) of the hub. The end of this tube located at the front of the device can be provided with wings (4) so that it can be easily centered in the external tube (3).

Les gaz aspirés passent dans l'espace annulaire délimité par le tube intérieur et le tube extérieur, de part et d'autre des ailes du tube intérieur et du tube extérieur.The aspirated gases pass into the annular space delimited by the inner tube and the outer tube, on either side of the wings of the inner tube and the outer tube.

Les gaz soufflés sont injectés dans le tube intérieur (1), devant la dernière lentille (2), par un petit tuyau (12) qui passe entre les deux tubes (1) et (3) et qui communique avec un espace annulaire ménagé entre la tige filetée (5) et le tube extérieur (3). Cet espace annulaire communique avec l'arrière du dispositif par un perçage (10) ménagé dans une des ailes (6) du tube extérieur, lui-même connecté au tuyau souple (9) d'amenée du gaz sous pression.The blown gases are injected into the inner tube (1), in front of the last lens (2), by a small pipe (12) which passes between the two tubes (1) and (3) and which communicates with an annular space formed between the threaded rod (5) and the outer tube (3). This annular space communicates with the rear of the device by a bore (10) formed in one of the wings (6) of the outer tube, itself connected to the flexible pipe (9) for supplying pressurized gas.

On dispose ainsi d'une tête de décapage de faibles dimensions, dont toutes les fonctions sont intégrées à l'intérieur d'un même volume, sans tuyaux à déplacer autre que celui (7) de gainage de la fibre (8). Ce dernier contient donc la fibre optique (8) et le tuyau souple (9) d'amenée du gaz sous pression. L'aspiration se fait directement à travers ce tuyau de gainage (7). Il peut être manipulé ou bien à la main, en le tenant comme un crayon ou comme une torche électrique, ou bien au moyen d'un système robotisé. This provides a stripping head of small dimensions, all of whose functions are integrated within the same volume, without pipes to be moved other than that (7) of the sheathing of the fiber (8). The latter therefore contains the optical fiber (8) and the flexible pipe (9) for supplying pressurized gas. The suction is done directly through this sheathing pipe (7). It can be handled either by hand, holding it like a pencil or an electric torch, or by means of a robotic system.

En outre, il est facile de retirer le tube (1) en le dévissant simplement de la tige filetée (5). On peut ainsi changer d'optique de focalisation pour changer d'application: faisceau focalisé pour de la découpe ou du décapage de fortes épaisseurs, faisceau parallèle pour le décapage, de diamètre fixé par la densité de puissance que requiert l'application.In addition, it is easy to remove the tube (1) by simply unscrewing it from the threaded rod (5). It is thus possible to change the focusing optic to change the application: focused beam for cutting or pickling very thick, parallel beam for pickling, with a diameter fixed by the power density required by the application.

Le dispositif peut être utilisé pour découper, graver, souder ou réaliser des traitements de surface par laser, et en particulier à l'aide des lasers Nd:YAG pour lesquels l'utilisation conjointe d'une fibre optique est bien connue.The device can be used to cut, engrave, weld or perform surface treatments by laser, and in particular using Nd: YAG lasers for which the joint use of an optical fiber is well known.

Le dispositif suivant Invention se prête en outre particulièrement bien à une autre application des lasers Nd:YAG qu'est le décapage ou le nettoyage par laser. Cette technique, largement décrite dans le brevet PCT / FR90 / 00037, nécessite une bonne aspiration, et en particulier lorsque les produits de décapage sont contaminés par des poussières radioactives ou par des produits chimiquement dangereux. Dans ce cas, il convient de veiller à ce que le débit d'aspiration soit supérieur ou égal au débit fourni par la tête elle-même (que l'on peut annuler dans cette application, ou rendre très faible dans le simple but de protéger la lentille) auquel s'ajoute le débit d'air prélevé sur le milieu extérieur. The device according to the invention furthermore lends itself particularly well to another application of Nd: YAG lasers, that is pickling or cleaning by laser. This technique, widely described in patent PCT / FR90 / 00037, requires good suction, and in particular when the pickling products are contaminated by radioactive dust or by chemically dangerous products. In this case, it should be ensured that the suction flow is greater than or equal to the flow supplied by the head itself (which can be canceled in this application, or made very low for the simple purpose of protecting the lens) to which is added the air flow taken from the external environment.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure, ou toute autre application de puissance comportant: . une optique (2) de reprise du faisceau en sortie de fibre (8) permettant de lui donner des caractéristiques de divergence et de section données, . un dispositif mécanique (16) de maintien de la fibre optique (2) afin que sa face de sortie soit rigidement liée au système optique (2), . un boitier mécanique (17) protégeant l'optique (2) et le dispositif (16) de maintien de la fibre optique (8) et permettant la préhension manuelle ou robotisée du dispositif, un tuyau (7) gainant la fibre optique (8) et raccordé au boitier (17), et caractérisé en ce qu'il est en outre muni d'une buse (18) de soufflage de gaz de forme convenable et d'une autre (19) d'aspiration de ce même gaz et de tout matériau provenant de l'intéraction du faisceau laser avec la matière exposée, connectés à des tuyaux (9) et (20) euxmême reliés à des moyens convenables de soufflage et d'aspiration.1. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing the use of this beam for cutting, welding, cleaning, etching, or any other power application comprising: . an optic (2) for taking up the beam at the fiber outlet (8) making it possible to give it given divergence and cross-section characteristics,. a mechanical device (16) for holding the optical fiber (2) so that its outlet face is rigidly linked to the optical system (2),. a mechanical box (17) protecting the optics (2) and the device (16) for holding the optical fiber (8) and allowing manual or robotic gripping of the device, a pipe (7) sheathing the optical fiber (8) and connected to the housing (17), and characterized in that it is further provided with a nozzle (18) for blowing gas of suitable shape and another (19) for suction of the same gas and any material originating from the interaction of the laser beam with the exposed material, connected to pipes (9) and (20) themselves connected to suitable blowing and suction means. 2. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre application de puissance selon la revendication 1 caractérisé en ce que la buse de soufflage (18) et la buse d'aspiration (19) sont non-coaxiales avec le faisceau, fixés à l'intérieur ou à l'extérieur du boitier mécanique.2. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing the use of this beam for cutting, welding, cleaning, etching or any other power application according to claim 1 characterized in that the blowing nozzle (18) and the suction nozzle (19) are non-coaxial with the bundle, fixed inside or outside the mechanical housing. 3. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la Sortie d'une fibre optique (8) permettant l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre application de puissance selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une des deux buses de soufflage (18) ou d'aspiration (19) est coaxiale avec le faisceau. 3. Device for shaping a laser beam at the output of an optical fiber (8) allowing the use of this beam for cutting, welding, cleaning, engraving or any other power application according to claim 1 characterized in that one of the two blowing (18) or suction (19) nozzles is coaxial with the bundle. 4. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant 4. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre the use of this beam for the purposes of cutting, welding, cleaning, engraving or any other application de puissance selon les revendications I et 3 caractérisé en ce que les deux buses de power application according to claims I and 3 characterized in that the two nozzles of soufflage (18) et d'aspiration (19) sont coaxiales avec le faisceau, les différents flux étant blowing (18) and suction (19) are coaxial with the bundle, the different flows being canalisés dans des tubes coaxiaux, le plus petit (1) contenant donc le faisceau laser, et le plus channeled in coaxial tubes, the smallest (1) therefore containing the laser beam, and the most grand (3) pouvant avantageusement être le boîtier (17) lui-même. large (3) which can advantageously be the housing (17) itself. 5. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant - l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre 5. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing - the use of this beam for cutting, welding, cleaning, engraving or any other application de puissance selon les revendications 1, 3 et 4 caractérisé en ce qu'on souffle le gaz power application according to claims 1, 3 and 4 characterized in that the gas is blown sous pression à travers le tube de plus faible diamètre (1), et en ce qu'on aspire le gaz et tout under pressure through the tube of smaller diameter (1), and in that we suck the gas and all matériau provenant de l'intéraction du faisceau laser dans l'espace annulaire délimité par les material from the interaction of the laser beam in the annular space defined by the deux tuyaux (1) et (3), afin que la face de la lentille (2) située le plus près de l'extrémité de two pipes (1) and (3), so that the face of the lens (2) located closest to the end of sortie du dispositif soit en légère surpression par rapport au milieu extérieur. outlet of the device is slightly overpressure relative to the external environment. 6. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la Sortie d'une fibre optique (8) permettant 6. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre the use of this beam for the purposes of cutting, welding, cleaning, engraving or any other application de puissance selon les revendications 1, 3 et 4 caractérisé en ce qu'on aspire le gaz power application according to claims 1, 3 and 4 characterized in that the gas is sucked sous pression à travers le tube de plus faible diamètre (1), et en ce qu on souffle le gaz et tout under pressure through the smaller diameter tube (1), and blowing the gas and all matériau provenant de l'intéraction du faisceau laser dans l'espace annulaire délimité par les material from the interaction of the laser beam in the annular space defined by the deux tuyaux (1) et (3). two pipes (1) and (3). 7. Dispositif de mise en-forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant 7. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre the use of this beam for the purposes of cutting, welding, cleaning, engraving or any other application de puissance selon les revendications 1, 3, 4 et 5 ou 1, 3, 4 et 6 caractérisé en ce power application according to claims 1, 3, 4 and 5 or 1, 3, 4 and 6 characterized in que le débit d'aspiration est assez supérieur au débit de soufflage pour que l'intégralité du gaz that the suction flow is sufficiently higher than the blowing flow so that all of the gas soufflé, des gaz et des particules éventuellement produits par l'intéraction du faisceau laser avec blown, gases and particles possibly produced by the interaction of the laser beam with la matière, soient ré-aspirés par le dispositif et ne polluent ainsi pas le milieu extérieur. matter, are re-aspirated by the device and thus do not pollute the outside environment. 8. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant 8. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre the use of this beam for the purposes of cutting, welding, cleaning, engraving or any other application de puissance selon les revendications 1, 3, 4 et 5 caractérisé en ce que le tuyau power application according to claims 1, 3, 4 and 5 characterized in that the hose d'aspiration (20) est aussi Ie tuyau (7) de gainage de la fibre, et en ce que le tuyau (9) de suction (20) is also the hose (7) for sheathing the fiber, and in that the hose (9) for soufflage est introduit à l'intérieur de ce tuyau (7) de gainage. blowing is introduced inside this sheathing pipe (7). 9. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique (8) permettant 9. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber (8) allowing l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre application de puissance selon les revendications 1, 3, 4 et 5 caractérisé en ce que le tuyau (9) de soufflage est aussi le tuyau (7) de gainage de la fibre, et en ce que le tuyau d'aspiration (20) est introduit à l'intérieur de ce tuyau (7) de gainage. the use of this bundle for cutting, welding, cleaning, engraving or any other power application according to claims 1, 3, 4 and 5 characterized in that the blowing pipe (9) is also the pipe (7 ) of sheathing of the fiber, and in that the suction pipe (20) is introduced inside this pipe (7) of sheathing. 10. Dispositif de mise en forme d'un faisceau laser à la sortie d'une fibre optique permettant l'utilisation de ce faisceau à des fins de découpe, soudure, nettoyage, gravure ou toute autre application de puissance selon les revendications 1, 3, 4, 5 et 8 caractérisé en ce que: . le tube central (1) dans lequel on souffle le gaz est usiné de telle sorte qu'il supporte l'unique lentille (2) constituant le système optique, . le tube (1) est centré dans le tube extérieur (3) au moyen d'ailes (4) et d'un filetage (5), de telle sorte que Von puisse aisément passer d'une application à une autre, en dévissant le tube (1) pour le remplacer par un autre muni du nouveau système optique, . les gaz et particules sont aspirés entre les deux tubes (1) et (3) en passant entre les ailes (4) du tube (1) situées à l'avant du dispositif, puis entre les ailes (6) du tube (3), lesquelles ailes (6) supportent la tige filetère (5) autour de laquelle vient se visser le tube (1), puis rentrent dans le tuyau (7) qui relie le dispositif au laser et aux moyens d'aspiration et de soufflage, et qui protège la fibre optique (8), . le gaz sous pression est amené jusqu'au dispositif à l'aide d'un tube plastique (9) de faible section qui se connecte à un embout métallique (10) soudé dans l'épaisseur d'un des ailes (6) du tube (3),passe à travers un canal (10) percé dans cette aile, débouche dans un espace annulaire (11) qui permet de le faire passer à travers un tube métallique (12) débouchant à travers le tube (l) quelle que soit la position angulaire relative des tubes (I) et (3), débouche enfin à l'intérieur du tube (1) devant la lentille (2) à) travers un orifice dans lequel est glissé le tube (12), . la fibre optique (8) est glissée dans un alésage (13) ménagé dans la partie centrale du tube (3) où se raccordent les ailes (6), et en particulier à travers la tige filetée (5), et maintenue immobile au moyen d'un joint torique (14) serré dans son siège conique à l'aide d'une vis percée (15), de telle sorte que sa face avant soit située au niveau que l'extrémité de la tige filetée (5), . le tuyau (9) est connecté au tube (10), et la fibre optique (8) est glissée dans l'alésage (13) puis serrée par la vis (15), en désolidarisant le tuyau (7) du tube (3) auquel il est normalement fixé en jouant sur son élasticité. 10. Device for shaping a laser beam at the outlet of an optical fiber allowing the use of this beam for the purposes of cutting, welding, cleaning, engraving or any other power application according to claims 1, 3 , 4, 5 and 8 characterized in that:. the central tube (1) in which the gas is blown is machined so that it supports the single lens (2) constituting the optical system,. the tube (1) is centered in the outer tube (3) by means of wings (4) and a thread (5), so that Von can easily pass from one application to another, by unscrewing the tube (1) to replace it with another fitted with the new optical system,. the gases and particles are sucked between the two tubes (1) and (3) passing between the wings (4) of the tube (1) located at the front of the device, then between the wings (6) of the tube (3) , which wings (6) support the threaded rod (5) around which the tube (1) is screwed, then enter the pipe (7) which connects the device to the laser and to the suction and blowing means, and which protects the optical fiber (8),. the pressurized gas is brought to the device using a plastic tube (9) of small section which connects to a metal end piece (10) welded in the thickness of one of the wings (6) of the tube (3), passes through a channel (10) pierced in this wing, opens into an annular space (11) which allows it to pass through a metal tube (12) opening through the tube (l) whatever the relative angular position of the tubes (I) and (3), finally opens inside the tube (1) in front of the lens (2) through) an orifice in which the tube (12) is slid,. the optical fiber (8) is slid into a bore (13) formed in the central part of the tube (3) where the wings (6) are connected, and in particular through the threaded rod (5), and held stationary by means an O-ring (14) tightened in its conical seat using a drilled screw (15), so that its front face is located at the level that the end of the threaded rod (5),. the pipe (9) is connected to the tube (10), and the optical fiber (8) is slid into the bore (13) then tightened by the screw (15), separating the pipe (7) from the tube (3) to which it is normally fixed by playing on its elasticity.
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