FR2698302A1 - Méthode de découpage par laser. - Google Patents

Abstract

Une épaisseur de la pièce à usiner (5) installée sur une table (6) est mesurée. La position de focalisation (19) d'un faisceau laser (1), la vitesse de découpage et la puissance laser optimales sont fixées par l'unité (17) en conformité avec cette épaisseur. L'unité (17) délivre également des instructions pour activer le laser (7) et pour déplacer la table (6) suivant une trajectoire prédéterminée.

Description

MÉTHODE DE DÉCOUPAGE PAR LASER [Domaine de l'invention ]
La présente invention concerne une méthode de découpage d'une pièce à usiner avec un faisceau laser sans provoquer des dégâts thermiques tels que des brûlures.

[Description de l'état de la technique]
La Fig. 7 représente un schéma d'ensemble d'une machine découpeuse à laser selon l'état de la technique tel qu'il apparaît dans la Demande de Brevet Japonaise NQ 62-240184. Sur la figure, la référence numéro 1 représente un faisceau laser, la 2 un objectif condenseur disposé à l'intérieur d'une tête d'usinage par laser 12 laquelle sera décrite ultérieurement, la 3 un gaz d'appoint tel que du gaz N2, la 4 une tuyère à gaz d'appoint fonctionnant comme une tuyère à travers laquelle est transmise un faisceau laser en provenance de la tête d'usinage par laser 12, la 5 une pièce à usiner telle qu'une plaque isolante utilisée dans des appareils électriques, la 6 une table X-Y pour fixer une pièce à usiner, la 7 un oscillateur à laser tel qu'un laser à C02 r la 8 représente un miroir à réflexion totale incorporé dans l'oscillateur à laser 7, la 9 un miroir à réflexion partielle incorporé dans l'oscillateur 7, la 10 un phototube fixé sur l'oscillateur à laser 7, la 11 un miroir courbé disposé dans un coin où les parties tubulaires horizontale et verticale du phototube 10 sont reliées perpendiculairement, la 12 une tête d'usinage par laser creuse fixée à l'extrémité inférieure de la partie tubulaire verticale du phototube 10, la 13 un récipient à gaz pour recevoir l'approvisionnement en gaz d'appoint, lequel dépasse du côté de la tête d'usinage par laser 12, la 14 un tableau d'alimentation, la 15 un dispositif pour circulation du gaz du laser, la 16 un ensemble de refroidissement, et la 17 un tableau de gestion de réseau constituant une unité de commande.

Une description d'une méthode de découpage par laser utilisant la machine découpeuse à laser décrite ci-dessus est fournie par la suite. En préparation pour le découpage, les données requises pour la gestion de réseau telles que les données d'épaisseur se rapportant à l'épaisseur de la pièce à usiner et les données de position se rapportant à une ligne de découpage sur la pièce à usiner 5 sont d'abord enregistrées dans le tableau de gestion de réseau 17, et ensuite le tableau de gestion de réseau 17 est activé. Le démarrage du tableau de gestion de réseau 17 active également un ensemble de pompe à vide qui n'apparaît pas dans le schéma et qui à son tour génère un niveau de vide prédéterminé à l'intérieur de l'oscillateur à laser 7 et du phototube 10.Ensuite, le tableau de gestion de réseau 17 active le dispositif pour circulation du gaz du laser 15, lequel à son tour remplit l'oscillateur à laser 7 et le phototube 10 d'un gaz à laser tel que du C02 afin de créer un milieu interne de gaz à laser de basse pression prédéterminée. Simultanément à l'activation du tableau de gestion de réseau 17, l'ensemble de refroidissement 16 est activé afin de refroidir l'intérieur de l'oscillateur à laser, le miroir à réflexion totale 8, le miroir à réflexion partielle 9, l'intérieur du phototube 10, le miroir courbé 11, l'objectif condenseur 2 et la tête d'usinage par laser 12. Ensuite, la pièce à usiner 5 est positionnée et fixée sur la table X-Y 6 dans une position prédéterminée.

Lorsque, suite au processus de préparation décrit ci-dessus, le tableau de gestion de réseau 17 est prêt à démarrer le découpage, le tableau de gestion de réseau 17 transmet des données d'épaisseur au tableau d'alimentation 14 lequel à son tour alimente l'oscillateur à laser 7 avec une puissance basée sur les données d'épaisseur afin d'activer ce dernier. La lumière laser générée par l'oscillateur à laser 7 se transforme en un faisceau laser 1 en augmentant son énergie à travers une répétition de réflexions entre le miroir à réflexion totale 8 et le miroir à réflexion partielle 9. Le faisceau laser 1 est rayonné de l'oscillateur à laser 7 vers le miroir courbé 11 par l'intermédiaire du miroir à réflexion partielle 9. Ce faisceau laser rayonné 1 est réfléchi par le miroir courbé 11 et ainsi dirigé vers la pièce à usiner 5.Ce faisceau laser réfléchi 1 est condensé par l'objectif condenseur 2 et rayonné sur la pièce à usiner en tant que rayon lumineux à haute énergie. Parallèlement, un gaz d'appoint (fourni par l'ensemble à gaz d'appoint comprenant un cylindre à gaz d'appoint, une vanne d'arrêt et un tuyau qui n'apparaissent pas dans le schéma) est projeté de la tuyère à gaz d'appoint 4 vers la périphérie du rayon lumineux rayonné sur la pièce à usiner 5. Lorsque le fonctionnement de l'oscillateur à laser 7 atteint un régime normal, le tableau de gestion de réseau 17 transmet des données de vitesse basées sur les données de position et d'épaisseur à une unité de pilotage afin de commander la table X-Y 6, laquelle à son tour se déplace longitudinalement ainsi que latéralement sur un seul plan tandis que sa position et -sa vitesse sont contrôlées.La pièce à usiner 5 est déplacée sur ce plan longitudinalement et latéralement par rapport au rayon lumineux du faisceau laser 1 par le déplacement de la table X-Y 6 afin de tracer une ligne de découpage prédéterminée. En conséquence, une partie prédéterminée de la pièce à usiner 5 est découpée par l'énergie élevée du rayon lumineux du faisceau laser 1.

Au moment du découpage, le gaz d'appoint 3 refroidit la périphérie de la partie découpée de la pièce à usiner 5 pendant qu'il chasse un gaz de décomposition produit à partir de la pièce à usiner 5.

Avec une telle méthode de découpage par laser, la vitesse de découpage est déterminée par les données de vitesse basées sur les données d'épaisseur issues du tableau de gestion de réseau 17, et la puissance du laser est déterminée par une alimentation électrique basée sur les données d'épaisseur issues de l'oscillateur à laser 7. La combinaison entre une vitesse de découpage et une puissance du laser détermine la qualité d'une surface découpée sur la pièce à usiner 5, ce qui sera expliqué ci-après, en référence à la Fig.

8. La Fig. 8 montre les résultats de l'évaluation de la qualité d'une surface découpée sur une plaque à estamper d'une épaisseur de 6,4 mm comme pièce à usiner 5, obtenus en observant le rapport entre la vitesse de découpage et la puissance du laser.

Dans la zone A de la Fig. 8, une partie non découpée demeure sur une partie inférieure de la plaque à estamper à cause d'une puissance de laser insuffisante ou d'une vitesse de découpage trop élevée. Dans la zone
B, la plaque à estamper est parfaitement découpée, mais le débit du gaz d'appoint est insuffisant dans la partie inférieure d'une rainure découpée et une faible quantité de carbure est générée sur une surface découpée. Dans une zone C, une surface découpée de haute qualité est obtenue sans que du carbure soit produit. Dans la zone
D, étant donné que la vitesse de découpage est trop faible, une faible quantité de carbure est générée, sur la partie supérieure d'une surface découpée, par une combustion due à l'effet produit en bordure de la distribution de condensation du faisceau laser. Dans la zone E, étant donné que la vitesse de découpage est beaucoup plus faible que dans la zone D et que la durée de combustion pour une partie à découper est plus longue, le carbure généré sur la surface découpée est visible à l'oeil nu.

D'après la Fig. 8, on comprend que la qualité d'une surface découpée dépend de la combinaison entre la puissance du laser et la vitesse de découpage et que la zone C de découpage optimal, dans laquelle du carbure n'est pas généré sur une surface découpée, est obtenue en sélectionnant la meilleure combinaison entre la puissance du laser et la vitesse de découpage.

Bien que cela n'apparaisse pas dans les schémas annexes, le présent déposant a découpé des plaques à estamper ayant des épaisseurs autres que 6,4 mm (1,6 mm et 3,2 mm par exemple) avec un faisceau laser et il a évalué la qualité de ces surfaces découpées. Une multiplicité de zones A à E avec les mêmes tendances que celles de la fig. 8 furent produites, mais il fut vérifié qu'une combinaison entre la puissance du laser et la vitesse de découpage était affectée par l'épaisseur d'une pièce à usiner.

Dans la méthode de découpage par laser selon l'état de la technique décrit ci-dessus, les données d'épaisseur de la pièce à usiner 5 sont préstockées dans le tableau de gestion de réseau 17 ; le tableau de gestion de réseau 17, qui est prêt à démarrer le découpage, calcule alors les données de vitesse qui correspondent à la vitesse de découpage en fonction des données d'épaisseur et transmet les données de vitesse et les données d'épaisseur au tableau d'alimentation 14.

Le tableau d'alimentation 14 contrôle la puissance du laser en fonction de la vitesse de découpage et de l'épaisseur (les données de vitesse et les données d'épaisseur). Cependant, de façon générale il existe des différences d'épaisseur sur toute une série de parties d'une seule pièce à usiner 5 à découper, celles-ci étant générées du fait des tolérances lors de la production.

Pour cette raison, si une épaisseur réelle d'une partie de la pièce à usiner 5 à découper est supérieure ou inférieure à une épaisseur prédéterminée, une surface découpée de haute qualité ne peut pas être obtenue uniquement en contrôlant la puissance du laser en fonction de la vitesse de découpage et de l'épaisseur comme dans la méthode de découpage par laser selon l'état de la technique décrit ci-dessus.

Par ailleurs, la méthode de découpage de l'article précédent entraîne le problème suivant : la puissance du laser ne peut pas être déterminée à moins que les données d'épaisseur de la pièce à usiner 5 soient introduites à l'avance dans le tableau de gestion de réseau 17.

Résumé de l'invention
La présente invention est conçue pour résoudre les problèmes décrits ci-dessus inhérents à l'état de la technique et l'objectif de la présente invention est de fournir une méthode de découpage par laser avec laquelle une surface découpée de haute qualité peut être obtenue en réglant la position optimale de focalisation d'un faisceau laser rayonné sur une pièce à usiner en fonction des variations de l'épaisseur de la pièce à usiner en temps réel, et (2) en sélectionnant la meilleure combinaison entre la vitesse de découpage et la puissance du laser en temps réel.

Selon une première réalisation de la présente invention revendiquée dans la revendication 1, une méthode de découpage par laser est proposée comprenant les étapes suivantes : (1) installer et positionner une pièce à usiner sur la table de montage d'une machine découpeuse à laser, (2) mesurer l'épaisseur de la pièce à usiner, (3) transmettre la mesure d'épaisseur à une unité de commande de la machine découpeuse à laser, (4) régler la position optimale de focalisation d'un faisceau laser et la vitesse de découpage qui correspondent à la mesure d'épaisseur dans l'unité de commande, (5) irradier le rayon d'un faisceau laser à partir de l'oscillateur à laser de la machine découpeuse à laser tandis que la focalisation du faisceau laser est corrigée afin d'obtenir une position optimale par rapport à la pièce à usiner selon les instructions en provenance de l'unité de commande, et (6) découper la pièce à usiner avec l'énergie calorifique du rayon du laser tandis que le table de montage est déplacée par rapport au faisceau laser dans un plan afin de tracer une trajectoire de découpage prédéterminée selon les instructions en provenance de l'unité de commande.

Selon une deuxième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où la position optimale de focalisation du faisceau laser rayonné sur la pièce à usiner est réglée à l'intérieur de l'épaisseur de la pièce à usiner.

Selon une troisième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée avec un détecteur d'épaisseur disposé sur une partie de la table de montage où la pièce à usiner n'est pas installée.

Selon une quatrième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où l'épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage est mesurée par un contact avec la surface de la pièce à usiner.

Selon une cinquième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où l'épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage est mesurée sans contact avec la surface de la pièce à usiner.

Selon une sixième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où un dispositif de copiage, fixé à un phototube soutenant une tête d'usinage par laser pour irradier le rayon du faisceau laser de la machine découpeuse à laser de façon à ce qu'il puisse se déplacer dans un sens vertical, mesure une faible variation de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner pendant le processus de découpage et transmet le niveau de variation mesurée à l'unité de commande.

L'unité de commande calcule le niveau de correction en fonction du niveau de variation mesuré reçu en provenance de l'unité de copiage, puis elle règle et déplace légèrement la tête d'usinage par laser dans un sens vertical afin de corriger la position optimale de focalisation du faisceau laser par rapport à la pièce à usiner.

Selon une septième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où le dispositif de copiage mesure une épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage en étant en contact avec la surface d'une partie de la pièce à usiner à proximité d'une partie irradiée par le faisceau laser.

Selon une huitième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où le dispositif de copiage mesure une épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage sans être en contact avec la surface de la pièce à usiner.

Selon une neuvième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où la trajectoire de découpage prédéterminée citée plus haut est tracée par le déplacement sur un plan de la table X-Y en tant que table de montage.

Selon une dixième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où la trajectoire de découpage prédéterminée est tracée par le déplacement dans un plan de la table
X-Y en tant que table de montage, tandis que la position optimale de focalisation du faisceau laser par rapport à la pièce à usiner est corrigée par le déplacement vertical de la tête d'usinage par laser pour irradier le rayon du faisceau laser de la machine découpeuse à laser sur la pièce à usiner.

Selon une onzième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où une paire de montants à rails sont installés le long des côtés opposés d'une table fixe en tant que table de montage. Un montant de type barrière est installé sur la paire de montants à rails à travers la table fixe de façon à ce qu'il puisse se déplacer dans un plan, dans un sens longitudinal ou latéral. La tête d'usinage par laser, qui peut se déplacer dans le sens vertical, est installée sur le montant de type barrière de façon à ce qu'elle puisse se déplacer dans un sens opposé au sens du déplacement du montant de type barrière. La ligne de découpage prédéterminée est tracée par l'effet combiné du déplacement de la tête d'usinage par laser, et du déplacement du montant de type barrière, dans un même plan.

Selon une douzième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où le faisceau laser est généré par un oscillateur à laser à gaz.

Selon une treizième réalisation de la présente invention, une méthode de découpage par laser est proposée où le faisceau laser est généré par un oscillateur à laser solide.

Avec la méthode de découpage par laser de la première réalisation de la. présente invention, une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée en temps réel, la position optimale de focalisation adaptée à l'épaisseur mesurée est déterminée en temps réel, et la pièce à usiner est découpée avec un faisceau laser à haute énergie tandis que la puissance du laser est corrigée en temps réel et conformément à la position de focalisation et à la vitesse de découpage.

Avec la méthode de découpage par laser de la deuxième réalisation de la présente invention, la puissance de laser requise pour osciller le faisceau laser capable de découper la pièce à usiner est minimisée.

Avec la méthode de découpage par laser de la troisième réalisation de la présente invention, la pièce à usiner est installée sur la table de montage, puis une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée.

Avec la méthode de découpage par laser de la quatrième réalisation de la présente invention, une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée uniquement en l'absence, entre la pièce à usiner et le détecteur d'épaisseur, d'un élément susceptible d'empêcher la mesure.

Avec la méthode de découpage par laser de la cinquième réalisation de la présente invention, une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée avec précision sans endommager la pièce à usiner.

Avec la méthode de découpage par laser de la sixième réalisation de la présente invention, le dispositif de copiage mesure une légère variation de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner pendant le processus de découpage, et l'épaisseur mesurée de la pièce à usiner est corrigée en temps réel immédiatement avant le découpage.

Avec la méthode de découpage par laser de la septième réalisation de la présente invention, une légère variation de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner est mesurée avec précision uniquement en l'absence, entre la pièce à usiner et le détecteur d'épaisseur, d'un élément susceptible d'empêcher la mesure, et l'épaisseur mesurée de la pièce à usiner est corrigée en temps réel immédiatement avant le découpage.

Avec la méthode de découpage par laser de la huitième réalisation de la présente invention, une légère variation de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner est mesurée avec précision sans endommager la pièce à usiner et l'épaisseur mesurée de la pièce à usiner est corrigée en temps réel immédiatement avant le découpage.

Avec la méthode de découpage par laser de la neuvième réalisation de la présente invention, le déplacement longitudinal et latéral du faisceau laser dans un plan, par rapport à la pièce à usiner, est effectué par la table X-Y.

Avec la méthode de découpage par laser de la dixième réalisation de la présente invention, le déplacement horizontal du faisceau laser dans un plan par rapport à la pièce à usiner est effectué par la table X-Y, et la position optimale de focalisation du faisceau laser par rapport à la pièce à usiner est réalisée par le déplacement vertical de la tête d'usinage par laser.

Avec la méthode de découpage par laser de la onzième réalisation de la présente invention, le montant de type barrière se déplace dans un sens et la tête d'usinage par laser se déplace dans un autre sens, perpendiculaire au sens de déplacement du montant de type barrière. Le déplacement horizontal du faisceau laser dans un plan par rapport à la pièce à usiner est réalisé par l'effet combiné du déplacement du montant de type barrière dans un sens et du déplacement de la tête d'usinage par laser dans l'autre sens, et la position optimale de focalisation du faisceau laser par rapport à la pièce à usiner est réalisée par le déplacement vertical de la tête d'usinage par laser.

Avec la méthode de découpage par laser de la douzième réalisation de la présente invention, un laser à gaz génère un faisceau laser continu ou en impulsions pour découper une pièce à usiner.

Avec la méthode de découpage par laser de la treizième réalisation de la présente invention, un laser solide génère un faisceau laser continu ou en impulsions pour découper une pièce à usiner.

Les objectifs, caractéristiques et avantages de l'invention cités ci-dessus, ainsi que d'autres, ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après faite en référence aux schémas annexes.

Brève Description des Dessins
La Fig. 1 est un schéma d'ensemble d'une machine découpeuse à laser utilisée dans la méthode de découpage par laser de la première réalisation de la présente invention.

La Fig. 2 est une projection du dispositif de copiage de la machine découpeuse à laser utilisée avec la méthode de découpage par laser de la première réalisation.

La Fig. 3 est une représentation graphique d'une évaluation de la qualité du découpage d'une plaque à estamper découpée avec la méthode de découpage par laser de la première réalisation.

La Fig. 4 est une représentation graphique de la distribution de l'intensité d'un faisceau laser dans la première réalisation.

La Fig. 5 est un schéma montrant la relation entre la position de focalisation et la puissance du laser par rapport à l'épaisseur de la plaque à estamper dans la première réalisation.

La Fig. 6 est une projection illustrant la façon dont se déplacent dans le sens longitudinal et latéral et sur un plan la table de montage et la tête d'usinage par laser utilisées dans la méthode de découpage par laser de la deuxième réalisation de la présente invention.

La Fig. 7 est un schéma d'ensemble d'une machine découpeuse à laser utilisée dans la méthode de découpage par laser selon l'art antérieur
La Fig. 8 est une représentation graphique d'une évaluation de la qualité du découpage d'une plaque à estamper découpée avec la méthode de découpage par laser selon l'état de la technique.

Description de la Réalisation Préférée
Réalisation 1
En référence aux figures 1 à 5, dans lesquelles des codes de référence utilisés partout indiquent les composants correspondants, la méthode de découpage par laser de la réalisation préférée est décrite ci-après.

Dans la Fig. 1, une machine découpeuse à laser utilisée dans la méthode de découpage laser de la réalisation de la présente invention transmet d'abord au tableau de gestion de réseau 17 des données comprenant les données de position, ainsi qu'un plan de données épaisseur - position optimale de focalisation, qui détermine la relation entre l'épaisseur et la position optimale de focalisation (distance) requis par la gestion de réseau afin de tracer une ligne de découpage ; elle installe la pièce d'oeuvre 5 sur la table X-Y 6 et la fixe dans une position prédéterminée ;; elle refroidit l'intérieur de l'oscillateur à laser 7 tel qu'un laser à COL, le miroir à réflexion totale 8, le miroir à réflexion partielle 9, l'intérieur du phototube 10, le miroir courbé 11, l'objectif condenseur 2 et la tête d'usinage par laser 12, par l'intermédiaire de l'ensemble de refroidissement 16 ; elle transmet des données d'épaisseur issues du tableau de gestion de réseau 17 au tableau d'alimentation 14 ; elle fournit une alimentation électrique basée sur les données d'épaisseur en provenance du tableau d'alimentation 14 à l'oscillateur à laser 7 ; elle commande à l'oscillateur à laser 7 d'engendrer de la lumière laser ; elle transforme la lumière laser en un faisceau laser 1 à haute énergie à travers une répétition de réflexions entre le miroir à réflexion totale 8 et le miroir à réflexion partielle 9 ; elle irradie le faisceau laser 1 de l'oscillateur à laser 7 vers le miroir courbé 11 elle modifie la direction du faisceau laser 1 avec le miroir courbé 11 et le dirige ainsi vers la pièce à usiner 5 ; elle condense le faisceau laser 1 avec la lentille de condensation 2 et, simultanément, elle irradie le faisceau laser condensé 1 sur la pièce à usiner 5, pour former un rayon à haute énergie.; elle éjecte le gaz d'appoint 3 tel du gaz N2 de la tuyère à gaz d'appoint 4 vers la périphérie de la tache lumineuse rayonnée sur la pièce à usiner 5, tandis que le tableau de gestion de réseau 17 transmet des données de vitesse basées sur les données de position et d'épaisseur à l'unité de pilotage de la table X-Y 6, laquelle déplace la table X-Y 6 longitudinalement et latéralement dans un seul plan en contrôlant sa position et sa vitesse.Par le déplacement de la table X-Y 6, la pièce à usiner 5 est déplacée dans ce plan longitudinalement et latéralement par rapport à la tache lumineuse du faisceau laser afin de tracer une ligne de découpage. En conséquence, une partie prédéterminée de la pièce à usiner 5 est découpée par l'énergie élevée du faisceau laser 1. Au moment du découpage, le gaz d'appoint 3 refroidit la périphérie de la partie découpée de la pièce à usiner 5 et chasse un gaz de décomposition produit à partir de la pièce à usiner 5.

La tête d'usinage par laser 12 décrite ci-dessus est fixée à l'extrémité inférieure d'une partie tubulaire verticale du phototube 10 de façon à pouvoir se déplacer verticalement, obturant le phototube 10 pour maintenir un niveau de vide et un gaz de remplissage à l'intérieur. Cette tête d'usinage par laser 12 comprend un mécanisme d'entraînement de la tête qui n'apparaît pas dans le schéma et qui sert à déplacer la tête dans un sens vertical. Bien que cela n'apparaisse pas dans le schéma, une partie de ce mécanisme d'entraînement s'étend vers une partie supérieure externe du phototube 10 et une autre partie est reliée électriquement au tableau de gestion de réseau 17 par un câble afin de transmettre les données de position de focalisation au tableau de gestion de réseau 17.

La référence numéro 18 représente un détecteur d'épaisseur installé sur une partie de la table X-Y où la pièce d'usinage 5 n'est pas fixée. Ce détecteur d'épaisseur 18 mesure une épaisseur de la pièce d'usinage 5 selon les instructions issues du tableau de gestion de réseau 17 et transmet un signal électrique correspondant à l'épaisseur mesurée au tableau de gestion de réseau 17 en tant que données d'épaisseur.

Le tableau de gestion de réseau 17 groupe les données d'épaisseur issues du détecteur d'épaisseur 18 avec le plan de données épaisseur - position optimale de focalisation, prend la position optimale de focalisation dans le plan de données épaisseur - position optimale de focalisation, et transmet un signal électrique correspondant à la position optimale de focalisation au mécanisme d'entraînement de la tête non illustré, en tant que données de position optimale de focalisation.

De cette façon, le mécanisme d'entraînement de la tête, non illustré, déplace la tête d'usinage par laser 12 dans un sens vertical selon la donnée de position optimale de focalisation issue du tableau de gestion de réseau 17. En conséquence, la lentille 2 se déplace dans un sens vertical avec la tête d'usinage par laser 12 décrite ci-dessus de façon à ce que la position de focalisation 19 du faisceau laser 1 soit réglée à la position optimale par rapport à la pièce d'usinage 5.

Autrement dit, immédiatement avant que le découpage ne démarre, la position de focalisation du faisceau laser 1 est réglée à la position optimale en fonction de l'épaisseur de chaque pièce à usiner 5 par le déplacement vertical de la lentille 2 basé sur les mesures issues du détecteur d'épaisseur 18.

La référence numéro 20 représente un dispositif de copiage installé sur le côté de la tête d'usinage par laser 12. Ce dispositif de copiage 20 comprend un détecteur de copiage 21 qui s'étend vers la table X-Y 6.

Une force de ressort verticale dirigée vers le bas est exercée sur le détecteur de copiage 21 à l'intérieur du dispositif de copiage 20. La partie extrême du détecteur de copiage 21 a une forme d'anneau plat pour pouvoir masquer la périphérie du faisceau laser 1 rayonnée sur la pièce d'usinage 5, comme le montre la Fig. 2, et la face inférieure de l'anneau est mise en contact avec la surface de la pièce d'usinage 5 par la force exercée vers le bas sur le détecteur de copiage 21. Ainsi, le dispositif de copiage 20 mesure de légères variations (différences) de l'épaisseur d'une zone à découper sur une pièce à usiner 5 pendant le processus de découpage de la pièce à usiner 5 selon les déplacements verticaux du détecteur de copiage 21 et suivant les instructions de mesure issues du tableau de gestion de réseau 17. Le dispositif de copiage 20 transmet un signal électrique, correspondant à la différence d'épaisseur mesurée, au tableau de gestion de réseau 17 en tant que données de copiage.

Le tableau de gestion de réseau 17 calcule un niveau de correction en fonction des données de copiage en provenance du dispositif de copiage 20 et transmet un signal électrique correspondant au niveau de correction au mécanisme d'entraînement de la tête, non illustré, en tant que données de correction. Ainsi, le mécanisme d'entraînement de la tête règle et déplace la tête d'usinage par laser 12 dans un sens vertical en fonction des données de correction issues du tableau de gestion de réseau 17. En conséquence, la lentille 2 est réglée et déplacée dans un sens vertical avec la tête d'usinage par laser 12, par quoi la position optimale de focalisation 19 du faisceau laser 1, réglée selon les mesures issues du détecteur d'épaisseur 18, est corrigée en temps réel en fonction des différences de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner pendant le processus de découpage.

De cette façon, même si pendant le processus de découpage l'épaisseur réelle d'une partie à découper est supérieure ou inférieure à l'épaisseur mesurée, le faisceau laser 1 est rayonné sur la pièce à usiner 5 installée sur la table X-Y 6 afin de découper la pièce à usiner 5 suivant une trajectoire de découpage prédéterminée, pendant qu'il est maintenu en position optimale de focalisation 19 par rapport à la pièce à usiner 5.

La Fig. 3 montre les résultats d'une évaluation de la qualité du découpage d'une section découpée d'une plaque à estamper de 6,4 mm d'épaisseur en tant que pièce à usiner 5, basés sur la relation entre la vitesse de découpage et la puissance du laser. Sur la figure, les zones A, B, C et D sont identiques à celles de la
Fig. 8. Une partie de la zone C où il n'est pas produit de carbure sur la section découpée, indiquée par des lignes diagonales, représente la zone de conditions optimales, et une ligne en gras à l'intérieur de cette zone montre également la condition optimale où la détérioration thermique de la section découpée est au minimum lorsque la position de focalisation 19 est réglée à la position optimale, dans cette réalisation.

En conclusion, lorsque du matériel possédant des caractéristiques d'isolant électrique tel que la plaque à estamper dans cette réalisation doit être découpé, une qualité de découpage bien plus stable peut être obtenue en contrôlant la position de focalisation 19, en fonction d'une épaisseur de la pièce à usiner 5, en plus de la vitesse de découpage et de la puissance du laser.

La Fig. 4 montre la distribution de l'intensité du faisceau laser 1 pour un seul mode, dans la méthode de découpage par laser décrite ci-dessus. Il évident d'après la figure que la distribution de l'intensité du faisceau laser 1 est plus pointue dans la position de focalisation 19 (coupe B-B de la Fig. 4), est déformée dans une position sous la position de focalisation 19 (coupe C-C de la FIG. 4) et est également déformée dans une position au-dessus de la position de focalisation 19 (coupe A-A de la Fig. 4), mais moins que dans la position sous la position de focalisation 19.

La Fig. 5 montre des puissances de laser avec lesquelles il est possible de découper des plaques à estamper de 1,6 mm, 3,2 mm et 6,4 mm, en tant que pièces à usiner 5, en modifiant la position de focalisation 19 des faisceaux lasers par rapport à la pièce à usiner 5 et avec une vitesse de découpage fixe de 10 mètres par minute, par exemple. Sur la figure, la position de focalisation 19 située sur la surface de la pièce à usiner 5 est exprimée en +0 mm, la position de focalisation 19 située au-dessus de la surface en + (plus) mm, et la position de focalisation 19 sous la surface (à l'intérieur de l'épaisseur) en - (moins) mm.

Il est évident d'après la figure que les puissances de laser nécessaires pour découper les pièces à usiner (5) ayant les mêmes épaisseurs ne sont pas les mêmes lorsque la position de focalisation 19 est différente. Par exemple, dans le cas d'une plaque à estamper de 1,6 mm d'épaisseur et d'une plaque à estamper de 3,2 mm d'épaisseur, si la position de focalisation 19 est située à une position 1,0 mm sous la surface de la plaque, et si dans le cas d'une plaque à estamper de 6,4 mm d'épaisseur, la position de focalisation 19 est située à une position 2,0 mm sous la surface de la plaque, ces plaques à estamper peuvent être découpées avec la puissance de laser minimale.Autrement dit, comme la méthode de découpage par laser est une méthode de découpage utilisant de l'énergie calorifique, la pièce à usiner 5 peut être découpée avec une énergie minimale et la détérioration thermique peut être évitée en réglant la position de focalisation 19 du faisceau laser 1 à la position optimale vis à vis de la pièce à usiner 5 par rapport à une épaisseur de la pièce à usiner 5 et en utilisant au mieux toute l'énergie projetée sur une partie à découper pour découper cette partie.

Autrement dit, dans la Réalisation 1, une épaisseur de la pièce à usiner 5 est mesurée par le détecteur d'épaisseur 18 avant le découpage ; l'épaisseur mesurée est transmise au tableau de gestion de réseau 17 ; la tête d'usinage par laser 12 est déplacée dans un sens vertical, et la position de focalisation 19 du faisceau laser 1 est réglée à la position optimale par rapport à la pièce à usiner 5.Pendant le processus de découpage, le niveau de variation de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner est mesurée par le dispositif de copiage 20 ; le niveau de variation par rapport à l'épaisseur mesurée est transmise au tableau de gestion de réseau 17 ; la tête d'usinage par laser 12 est déplacée dans un sens vertical en fonction du niveau de variation et, tandis que la position de focalisation 19 fixée en position optimale est maintenue, la puissance de laser minimale est sélectionnée en fonction de la position de focalisation et de la vitesse de découpage optimales pour découper la pièce à usiner, permettant ainsi de découper la pièce à usiner 5 avec une énergie minimale et d'éviter la détérioration thermique de la pièce à usiner 5.

Réalisation 2
Dans la Réalisation 1 décrite ci-dessus, la vitesse de la table X-Y servant à installer la pièce à usiner 5 et dont le déplacement longitudinal et latéral sur un même plan est contrôlé par l'intermédiaire du tableau de gestion de réseau 17 a été décrite avec référence aux dessins. Comme le montre la Fig. 6, la table de montage pour installer la pièce à usiner 5 peut être une table fixe 22. Dans ce cas, une paire de montants à rails 23, 24 sont disposés sur les deux côtés opposés de la table fixe 22 le long des côtés de la table, et un montant de type barrière 25 est installé sur la paire de montants à rails 23, 24 à travers la table fixe 22 de façon à ce qu'elle puisse se déplacer dans un sens horizontal (X).

L'oscillateur à laser 7 (voir Fig. 1) incorporant le miroir à réflexion totale 8 (voir Fig. 1) décrit cidessus et le miroir à réflexion partielle 9 (voir Fig.

1), le phototube (10) (voir Fig. 1) incorporant le miroir courbé 11 (voir Fig. 1), et la tête d'usinage par laser 12 fixée sur le phototube 10, lesquels peuvent être déplacés dans un sens vertical, sont fixés sur la partie supérieure du montant de type barrière 25 de façon à ce qu'ils puissent se déplacer dans un sens (Y) perpendiculaire au sens de déplacement du montant de type barrière 25 décrit ci-dessus. La position longitudinale et latérale et la vitesse de l'oscillateur à laser 7, de la tête d'usinage par laser 12, le phototube 10 inclus, et du montant de type barrière 25 sont contrôlées par le tableau de gestion de réseau 17.

La combinaison du déplacement dans le sens X du montant de type barrière 25 et du déplacement dans le sens Y de la tête d'usinage par laser 12 détermine la position du faisceau laser 1 à une position prédéterminée de la table fixe 22 de façon à ce que le faisceau laser 1 puisse tracer une trajectoire de découpage prédéterminée sur la pièce à usiner installée sur la table fixe 22.

Réalisation 3
Dans les réalisations ci-dessus, des plaques à estamper sont découpées avec un laser à CO2 en continu.

Un laser YAG, un laser à Argon ou un laser à excimère en continu ou en impulsion, peuvent être utilisés comme source laser 1 à la place du laser à CO2. Par ailleurs, la pièce à usiner 5 ne se limite pas à une plaque à estamper mais tout matériel pouvant être découpé par un faisceau laser est utilisable.

Réalisation 4
Dans les réalisations ci-dessus, le détecteur d'épaisseur 18 et le détecteur de copiage 21 sont de type à contact, mais ces détecteurs peuvent être de type sans contact tel un détecteur optique de type à réflexion.

Comme il a été décrit dans les pages précédentes, suivant la première réalisation de l'invention, étant donné qu'une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée, que la position optimale de focalisation adaptée à l'épaisseur mesurée est déterminée, et que la pièce à usiner est découpée avec le faisceau laser en corrigeant la puissance du laser en fonction de la position de focalisation et de la vitesse de découpage, un découpage de haute qualité avec peu d'effets thermiques tels que des brûlures peut être réalisé en utilisant l'énergie du faisceau laser de façon efficace pour découper la pièce à usiner.Par ailleurs, suivant la première réalisation, étant donné que la puissance du laser est corrigée en fonction de la position de focalisation et de la vitesse de découpage optimales adaptées à l'épaisseur mesurée sur la pièce à usiner, il est possible de réduire la puissance du laser au minimum nécessaire pour découper la pièce à usiner afin d'économiser de l'énergie.

Suivant la seconde réalisation de l'invention, étant donné que la position optimale de focalisation du faisceau laser par rapport à la pièce à usiner reste dans les limites d'une épaisseur de la pièce à usiner, la puissance de laser pour osciller le faisceau laser avec lequel la pièce à usiner est découpée est minimisé, permettant ainsi d'économiser encore de l'énergie.

Suivant la troisième réalisation de l'invention, étant donné qu'une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée par un détecteur d'épaisseur une fois que la pièce à usiner est installée sur la table de montage, l'opérateur n a pas besoin de chercher un calibre pour mesurer l'épaisseur, ce qui facilite la tâche de mesurage. Par ailleurs, suivant la troisième réalisation, étant donné que le détecteur d'épaisseur est installé sur une partie de la table de montage où la pièce à usiner n'est pas installée, le détecteur d'épaisseur ne gêne pas lors de l'installation de la pièce à usiner sur la table de montage.

Suivant# la quatrième réalisation de l'invention, étant donné que le détecteur d'épaisseur ne mesure une épaisseur de la pièce à usiner avec précision que lorsque aucun élément n'empêche la mesure entre la pièce à usiner et le détecteur d'épaisseur en contact avec la pièce à usiner, la fiabilité de l'épaisseur mesurée est accrue.

Suivant la cinquième réalisation de l'invention, étant donné que le détecteur d'épaisseur mesure une épaisseur de la pièce à usiner avec précision sans contacter la pièce à usiner, le détecteur d'épaisseur n'endommage pas la pièce à usiner, assurant ainsi la fiabilité de la qualité du découpage de la pièce à usiner.

Suivant la sixième réalisation de l'invention, étant donné que le dispositif de copiage mesure de légères variations de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner pendant le processus de découpage et corrige l'épaisseur mesurée de la pièce à usiner en temps réel immédiatement avant le découpage, un programme enregistré dans l'unité de commande est plus simple que le calcul du niveau de correction par l'unité de commande, et le calcul par l'unité de commande peut être accéléré.

Suivant la septième réalisation de l'invention, étant donné que le dispositif de copiage ne mesure de légères variations de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner avec précision que lorsque aucun élément n'empêche la mesure entre le dispositif de copiage en contact avec la pièce à usiner et la pièce à usiner et corrige l'épaisseur mesurée de la pièce à usiner en temps réel immédiatement avant le découpage, la fiabilité des variations mesurées est accrue.

Suivant la huitième réalisation de l'invention, étant donné que le dispositif de copiage mesure de légères variations de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner avec précision sans contacter la pièce à usiner, et corrige l'épaisseur mesurée de la pièce à usiner en temps réel immédiatement avant le découpage, le dispositif de copiage n'endommage pas la pièce à usiner, assurant ainsi la fiabilité de la qualité du découpage de la pièce à usiner.

Suivant la neuvième réalisation de l'invention, étant donné que les déplacements longitudinaux et latéraux du faisceau laser dans un plan par rapport à la pièce à usiner sont réalisés par la table X-Y, le découpage est assuré par une combinaison des déplacements verticaux et horizontaux.

Suivant la dixième réalisation de l'invention, étant donné que les déplacements longitudinaux et latéraux du faisceau laser dans un plan par rapport à la pièce à usiner sont réalisés par la table X-Y et que la position optimale de focalisation du faisceau laser par rapport à la pièce à usiner est obtenue par le déplacement vertical de la tête d'usinage par laser, le découpage est assuré par une combinaison des déplacements verticaux et horizontaux.

Suivant la onzième réalisation de l'invention,le montant à barrière est déplacé dans un sens et la tête d'usinage par laser est déplacée dans un autre sens, perpendiculaire au sens de déplacement du montant à barrière. Étant donné que les déplacements longitudinaux et latéraux du faisceau laser dans un plan par rapport à la pièce à usiner sont réalisés par le déplacement du montant à barrière dans un sens et par le déplacement de la tête d'usinage par laser dans un autre sens, et que la position optimale de focalisation du faisceau laser par rapport à la pièce à usiner est obtenue par le déplacement vertical de la tête d'usinage par laser, le découpage est assuré par une combinaison des déplacements verticaux et horizontaux.

Suivant la douzième réalisation de l'invention, étant donné que la pièce à usiner est découpée avec un faisceau laser d'un laser à gaz, l'émission continue du faisceau laser est facilitée, la cohérence du faisceau laser est excellente, et la fiabilité de la qualité du découpage de la pièce à usiner peut être assurée.

Suivant la treizième réalisation de l'invention, étant donné que la pièce à usiner est découpée avec un faisceau laser d'un laser solide, une puissance élevée peut être facilement obtenue avec un laser de petite taille et la fiabilité de la qualité du découpage de la pièce à usiner peut être assurée.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Une méthode de découpage par laser où une pièce à usiner est installée et positionnée sur la table de montage d'une machine découpeuse à laser, le faisceau d'un rayon laser issu d'un oscillateur à laser de la machine découpeuse à laser est irradié sur la pièce à usiner selon des instructions en provenance d'une unité de commande de la machine découpeuse à laser, et la pièce à usiner est découpée par l'énergie thermique du faisceau tandis que la table de montage est déplacée par rapport au rayon laser dans un même plan afin de tracer une trajectoire de découpage prédéterminée, comprenant les étapes suivantes

la transmission d'une épaisseur mesurée de la pièce à usiner à l'unité de commande,

le réglage et la correction dans l'unité de commande, de la position optimale de focalisation du faisceau laser, en fonction de l'épaisseur mesurée,

le réglage d'une vitesse de découpage en fonction de l'épaisseur mesurée dans l'unité de commande, et

le réglage d'une puissance du laser dans l'oscillateur à laser, en fonction de l'épaisseur mesurée.

2. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, où la position optimale de focalisation reste dans les limites de l'épaisseur de la pièce à usiner

3. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, où une épaisseur de la pièce à usiner est mesurée par un détecteur d'épaisseur disposé sur une partie de la table de montage où la pièce à usiner n'est pas installée.

4. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 3, où une épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage est mesurée par contact avec la surface de la pièce à usiner.

5. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 3, où une épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage est mesurée sans contact avec la surface de la pièce à usiner.

6. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, où un dispositif de copiage attaché à un phototube soutenant une tête d'usinage par laser pour irradier le faisceau du rayon laser de la machine découpeuse à laser sur la pièce à usiner de façon à ce que le faisceau puisse se déplacer dans un sens vertical, mesure une faible variation de l'épaisseur d'une partie de la pièce à usiner avec un détecteur de copiage pendant le processus de découpage, et transmet le niveau de variation mesurée à l'unité de commande, puis l'unité de commande calcule le niveau de correction en fonction du niveau de variation mesurée reçue en provenance de l'unité de commande et déplace légèrement la tête d'usinage par laser dans un sens vertical afin de corriger la position optimale de focalisation du rayon laser par rapport à la pièce à usiner.

7. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 6, où le dispositif de copiage mesure une épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage par contact avec la surface d'une partie de la pièce à usiner à proximité d'une partie irradiée par le rayon laser.

8. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 6, où le dispositif de copiage mesure une épaisseur de la pièce à usiner installée sur la table de montage, sans contact avec la surface de la pièce à usiner.

9. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, où la table de montage est une table

X-Y se déplaçant longitudinalement et latéralement dans un plan, et la table de montage est déplacée par rapport au rayon laser dans le plan par ce déplacement de la table X-Y afin de tracer la trajectoire de découpage prédéterminée.

10. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, où la trajectoire de découpage prédéterminée est tracée par le déplacement dans ce plan de la table X-Y en tant que table de montage, tandis que la position optimale de focalisation du rayon laser par rapport à la pièce à usiner est corrigée par le déplacement vertical de la tête d'usinage par laser pour diriger le faisceau concentré du rayon laser de la machine découpeuse à laser sur la pièce à usiner.

11. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, où une paire de montants à rails sont installés le long des côtés opposés d'une table fixe en tant que table de montage ; un montant de type barrière est installé sur la paire de montants à rails à travers la table fixe de façon à ce qu'il puisse se déplacer sur un plan dans un sens longitudinal ou latéral ; la tête d'usinage par laser, qui peut se déplacer dans le sens vertical, est installée sur le montant de type barrière de façon à ce qu'elle puisse se déplacer dans un autre sens perpendiculaire au parcours du montant de type barrière, et la trajectoire de découpage prédéterminée est tracée par l'effet combiné du déplacement de la tête d'usinage par laser et du déplacement du montant de type barrière dans un même plan.

12. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rayon laser est généré par un laser à gaz.

13. La méthode de découpage par laser suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rayon laser est généré par un laser solide.