FR2806020A1

FR2806020A1 - Laser beam machine tool has at least one beam position detector with hole through diaphragm

Info

Publication number: FR2806020A1
Application number: FR0003010A
Authority: FR
Inventors: Thierry Andre Jacque Chevalier; Thierry Jean Emile Flesch; Clere Philippe Jean Le
Original assignee: SNECMA Moteurs SA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: FR2806020B1

Abstract

The machine tool, in which the laser beam (1) follows an internal trajectory, incorporates at least one laser beam position detector (30) containing a diaphragm (31) with an 'illuminated face' (33) and a hole (32) through it. The diaphragm is made from a material that does not absorb laser light, i.e. of a ceramic material for a CO2 laser, and its surface surrounding the hole is reflective, with a photoelectric cell (34) in the detector receiving the reflected light (40).

Description

Description Domaine technique de l'invention L'invention se rapporte à une machine d'usinage par faisceau laser avec contrôle de la position du faisceau laser sur le trajet qu'il parcourt à l'intérieur de la machine, et plus particulièrement à une telle machine susceptible de mettre en oeuvre un faisceau laser de grande puissance. Description Technical Field of the Invention The invention relates to a laser beam machine with controlling the position of the laser beam on the path that it travels inside the machine, and more particularly to such a machine capable of implementing a high-power laser beam.

Etat de la technique et problème posé Les machines d'usinage par faisceau laser comportent habituellement un bâti et différents modules optiques tels un générateur de faisceau laser et des modules déviation et de focalisation du faisceau laser. Ces modules optiques comportent mêmes des composants optiques tels des miroirs ou des lentilles optiques convergentes ou divergentes, lesdits composants optiques étant fréquemment amovibles afin pouvoir être adaptés au traitement à faire subir au faisceau laser. Ces composants optiques peuvent être mal positionnés au moment du montage ou bien ils peuvent se déplacer pendant l'utilisation de la machine, ce qui produit une déviation inappropriée du faisceau laser par rapport à sa position normale ou "nominale", cette déviation étant susceptible de conduire au rebut de la pièce usinée. state of the art and problem Laser beam machining machines usually include a frame and various optical modules such as a laser beam generator and deflection and focusing modules. of the laser beam. These optical modules even include optical components such as mirrors or convergent or divergent optical lenses, said optical components being frequently removable in order to be suitable for the treatment to be subjected to the laser beam. These optical components may be improperly positioned at the time of mounting or they may move during use of the machine, resulting in an inappropriate deviation of the laser beam from its normal or "nominal" position, this deviation being susceptible to lead to scrapping of the machined part.

Un procédé habituel pour contrôler en permanence la position du faisceau laser consiste à en dévier une faible partie à l'aide d'un miroir sans teint, à faire converger le faisceau ainsi dévié au foyer d'une lentille convergente et à contrôler à l'aide de transducteurs photoélectriques, tels des photodiodes, la position du faisceau ainsi concentré. Un premier inconvénient de ce procédé est d'exiger un dispositif encombrant et coûteux dont l'intégration sur la machine doit être prévue au moment de la conception de ladite machine. De plus, le dispositif ne permet pas de localiser le composant optique déréglé. Un second inconvénient du procédé est de ne pas détecter les variations de position du faisceau laser tant que celui-ci reste parallèle à sa position initiale, car dans ce cas, le faisceau laser converge toujours au même endroit. Un troisième inconvénient du procédé est d'être plus difficilement utilisable avec les faisceaux laser de forte puissance et risquant de détruire les transducteurs photoélectriques. Un quatrième inconvénient procédé est qu'il fait appel à des composants optiques supplémentaires risquant mêmes de se dérégler. A usual method for continuously controlling the position of the laser beam is to deflect a small portion with a mirror without complexion, to converge the beam thus deviated to the focus of a converging lens and to control the using photoelectric transducers, such as photodiodes, the beam position thus concentrated. A first disadvantage of this method is to require a cumbersome and expensive device whose integration on the machine must be provided at the time of the design of said machine. In addition, the device does not locate the optical component out of adjustment. A second disadvantage of the method is not to detect the position variations of the laser beam as long as it remains parallel to its initial position, because in this case, the laser beam always converges at the same place. A third disadvantage of the method is to be more difficult to use with laser beams of high power and likely to destroy the photoelectric transducers. A fourth disadvantage of the process is that it uses additional optical components that may even be out of adjustment.

Un autre procédé connu pour contrôler la position du faisceau laser consiste à disposer des thermocouples en crois pénétrant radialement dans le faisceau laser et à mesurer les variations des signaux électriques émis par ces thermocouples lorsque la position faisceau laser varie. Un premier inconvénient du procédé est d'être difficiles à mettre oeuvre avec des lasers de forte puissance, car les thermocouples sont plongés en permanence dans ce faisceau laser. Un second inconvénient du procédé est le temps de réponse relativement lent des thermocouples. Another known method for controlling the position of the laser beam is to have the thermocouples cross by penetrating radially into the laser beam and to measure the variations of the electrical signals emitted by these thermocouples when the laser beam position varies. A first disadvantage of the method is to be difficult to implement with high power lasers, because the thermocouples are permanently immersed in this laser beam. A second disadvantage of the method is the relatively slow response time of the thermocouples.

Exposé de l'invention L'invention propose une machine d'usinage par faisceau laser avec contrôle de la position du faisceau laser, ladite machine comportant un trajet interne susceptible d'être suivi par ledit faisceau laser. Presentation of the invention The invention proposes a laser beam machining machine with control of the position of the laser beam, said machine comprising an internal path capable of being followed by said laser beam.

Une telle machine est remarquable en ce que a. elle comporte au moins un capteur de position du faisceau laser, ledit capteur comportant un diaphragme comportant lui-même une face dite "surface éclairable" et un trou traversant ledit diaphragme de part en part, ledit trou débouchant par une extrémité dans la surface éclairable, ladite surface éclairable entourant le trou et arrivant jusqu bord du trou, ladite surface éclairable étant susceptible de renvoyer avec diffusion éventuelle lumière venant l'éclairer au moins au bord du trou, ladite lumière après renvoi étant dite "lumière secondaire", ledit diaphragme étant réalisé en un matériau qui n'absorbe pas la lumière laser, ledit capteur comportant également une cellule photoélectrique regardant ladite surface éclairable, ladite cellule photoélectrique étant susceptible de recevoir et de détecter la lumière secondaire issue de la surface éclairable au moins au bord du trou, b. le diaphragme est disposé sur le trajet du faisceau laser et ce faisceau laser est susceptible de passer entièrement par le trou, c. la surface, éclairable est tournée vers l'amont du trajet faisceau laser, ladite surface éclairable diffusant ainsi la lumière secondaire lorsqu'elle est éclairée par le faisceau laser, d. machine comporte également au moins un moyen d'alerte connecté aux cellules photoélectriques, ledit moyen d'alerte étant actif lorsque au moins une cellule photoélectrique, à laquelle le moyen d'alerte est connecté détecte une lumière secondaire. Such a machine is remarkable in that a. it comprises at least one position sensor of the laser beam, said sensor comprising a diaphragm itself having a so-called "illuminable surface" and a hole passing through said diaphragm from one side, said hole opening at one end into the illuminable surface, said illuminable surface surrounding the hole and arriving up to the edge of the hole, said illuminable surface being capable of returning, with possible diffusion, light coming to illuminate it at least at the edge of the hole, said light after returning being called "secondary light", said diaphragm being realized a material which does not absorb the laser light, said sensor also comprising a photoelectric cell looking at said illuminable surface, said photocell being able to receive and detect the secondary light from the illuminable surface at least at the edge of the hole, b . the diaphragm is disposed in the path of the laser beam and this laser beam is likely to pass entirely through the hole, c. the illuminable surface is turned upstream of the laser beam path, said illuminable surface thus diffusing the secondary light when illuminated by the laser beam, d. the machine also comprises at least one warning means connected to the photocells, said alerting means being active when at least one photoelectric cell, to which the warning means is connected, detects a secondary light.

Le terme diaphragme est pris au sens de l'optique. C'est un objet traversé par un trou et qui est susceptible de limiter la section d'un faisceau lumineux passant par ce trou. The term diaphragm is taken in the sense of optics. It is an object traversed by a hole and which is likely to limit the section of a light beam passing through this hole.

On comprend que le diaphragme permet de définir localement position d'un trajet dit "nominal" faisceau laser de section plus petite que celle trou. Ainsi, lorsque le faisceau laser est sur le trajet nominal à une valeur E près, il passe entièrement par le trou du diaphragme et n'éclaire donc pas la surface éclairable. Cette surface éclairable ne diffuse alors de lumière secondaire susceptible d'être détectée par la cellule photoélectrique et d'activer le moyen d'alerte. It will be understood that the diaphragm makes it possible to locally define the position of a so-called "nominal" laser beam with a section smaller than the hole. Thus, when the laser beam is on the nominal path to an E value, it passes entirely through the hole of the diaphragm and thus does not illuminate the illuminable surface. This illuminable surface then diffuses secondary light that can be detected by the photocell and activate the warning means.

On comprend également que lorsque le faisceau laser s'écarte du trajet nominal ainsi défini d'une valeur supérieure à E, il ne passe plus entièrement par le trou du diaphragme une partie du faisceau laser vient éclairer le surface d'éclairage au moins au bord du trou. La surface éclairable intercepte alors la partie du faisceau laser débordant du trou et renvoi par diffusion la lumière ainsi interceptée sous la forme d'une lumière dite "secondaire" dont la présence est détectée par la cellule photoélectrique. Le diaphragme peut résister au faisceau laser car il le renvoie sans l'absorber. La diffusion disperse cette lumière secondaire, de sorte que la cellule photoélectrique ne reçoit plus qu'une très faible partie de l'énergie du faisceau laser, ce évite de la détruire. Le reste de l'énergie du faisceau laser intercepté par la surface éclairable est absorbé par la structure de la machine entourant le faisceau laser à cet endroit. It is also understood that when the laser beam deviates from the nominal path thus defined by a value greater than E, it does not pass entirely through the hole of the diaphragm a part of the laser beam comes to illuminate the lighting surface at least at the edge the hole. The illuminable surface then intercepts the portion of the laser beam projecting from the hole and diffusely returns the light thus intercepted in the form of a so-called "secondary" light whose presence is detected by the photocell. The diaphragm can resist the laser beam because it returns without absorbing it. Diffusion disperses this secondary light, so that the photocell receives only a very small portion of the energy of the laser beam, this avoids destroying it. The remaining energy of the laser beam intercepted by the illuminable surface is absorbed by the structure of the machine surrounding the laser beam at that location.

En pratique, l'homme du métier donnera au trou du diaphragme une forme complémentaire à la section du faisceau laser, avec toutefois des dimensions un peu supérieures à celles de la section du faisceau laser, ce faisceau laser étant ainsi susceptible de passer entièrement par le trou du diaphragme avec le jeu E. Par exemple, dans le cas le plus fréquent d'un faisceau laser ayant une section ronde de diamètre D1, le trou du diaphragme sera également rond, centré sur le trajet nominal à définir au niveau du diaphragme et aura un diamètre D = D1 + 2xE, le diaphragme étant alors disposé perpendiculairement au trajet du faisceau laser. Par exemple, avec un laser YAG et un faisceau laser de diamètre allant de 15mm à 40mm, E = 0,5mm. Un avantage de l'invention est d'être simple, peu coûteuse et n'occuper qu'un encombrement réduit autour du faisceau laser. Le diaphragme est pièce mécanique simple qui peut être facilement positionnée avec précision sur le trajet du faisceau laser dans la machine. La cellule photoélectrique reçoit une lumière diffusée et ne nécessite donc pas non plus un positionnement rigoureux. L'homme du métier veillera seulement à protéger la cellule photoélectrique des lumières parasites pour qu'elle ne provoque pas de fausses alertes. Bien évidemment, l'homme du métier veillera ce que la cellule photoélectrique ne soit pas directement touchée par le faisceau laser afin qu'elle ne soit pas détruite par lui.' Le diaphragme sera réalisé par exemple en téflon dans le cas laser YAG et en céramique dans le cas d'un laser de puissance COZ, ces deux matériaux n'absorbant pas la lumière laser ou ne l'absorbant que suffisamment faiblement pour résister à elle. Avantageusement, la machine comporte au moins deux capteurs distants l'un de l'autre sur le trajet du.faisceau laser. Une telle disposition permet de définir position du trajet nominal à au moins deux endroits distants sur le trajet du faisceau laser, et permet donc de contrôler linéairement et angulairement la position du faisceau laser. Si on appelle d la distance entre deux diaphragmes, la position angulaire du faisceau laser sera définie à un angle a près donné en degrés par la formule a =360xE1(IIxd) Un avantage de l'invention est d'autoriser un contrôle plus complet de la position du faisceau laser sur tout le trajet qu'il doit parcourir à l'intérieur de machine. Un tel contrôle reste cependant simple et peu coûteux, car il s'effectue disposant des capteurs à des endroits appropriés sur le trajet du faisceau laser, chacun de ces capteurs étant lui-même peu coûteux et peu encombrant, donc facile à intégrer aux différents endroits de la machine. In practice, those skilled in the art will give the hole of the diaphragm a shape complementary to the section of the laser beam, but with dimensions slightly greater than those of the section of the laser beam, this laser beam thus being able to pass entirely through the For example, in the most frequent case of a laser beam having a round section of diameter D1, the hole of the diaphragm will also be round, centered on the nominal path to be defined at the diaphragm and will have a diameter D = D1 + 2xE, the diaphragm being then arranged perpendicular to the path of the laser beam. For example, with a YAG laser and a laser beam with a diameter of 15mm to 40mm, E = 0.5mm. An advantage of the invention is to be simple, inexpensive and occupy a small footprint around the laser beam. The diaphragm is a simple mechanical part that can be easily positioned precisely on the path of the laser beam in the machine. The photocell receives a diffused light and does not require a rigorous positioning either. The skilled person will only protect the photocell parasitic lights so that it does not cause false alarms. Of course, those skilled in the art will ensure that the photocell is not directly touched by the laser beam so that it is not destroyed by it. The diaphragm will be made for example of teflon in the YAG laser case and ceramic in the case of a COZ power laser, these two materials not absorbing the laser light or absorbing it only weakly enough to withstand it. Advantageously, the machine comprises at least two sensors distant from each other in the path of the laser beam. Such an arrangement makes it possible to define the position of the nominal path at at least two remote locations on the path of the laser beam, and thus makes it possible to control linearly and angularly the position of the laser beam. If we call the distance between two diaphragms, the angular position of the laser beam will be defined at a given angle in degrees by the formula a = 360xE1 (IIxd). An advantage of the invention is to allow a more complete control of the position of the laser beam on the entire path that it has to travel inside the machine. Such a control remains simple and inexpensive, because it is done with the sensors at appropriate locations on the path of the laser beam, each of these sensors is itself inexpensive and compact, so easy to integrate in different places of the machine.

Un autre avantage de l'invention de permettre de localiser plus facilement le composant optique déréglé. En effet, si on dispose N > 1 capteurs successivement sur le trajet du faisceau laser, le composant optique déréglé sera situé entre deux capteurs successifs sur le trajet du faisceau laser, le capteur en amont n'ayant pas détecté d'anomalie, le capteur en aval ayant détecté une anomalie. En d'autres termes chaque doublet de capteurs permet de détecter le dérèglement des composants situés entre eux. Dans le cas où c'est le premier capteur qui a détecté une anomalie, composant optique déréglé sera tout simplement en amont de ce premier capteur. Avantageusement, la machine comporte un moyen de commande permettant d'interrompre le faisceau laser, chaque cellule photoélectrique étant connectée audit moyen commande, ledit moyen de commande interrompant le faisceau laser lorsque au moins une cellule photoélectrique a détecté une lumière secondaire. tel moyen de commande pourra être par exemple un télérupteur disposé sur le circuit d'alimentation électrique du générateur. La plupart des machines étant aujourd'hui à commande numérique, c'est à dire commandées par un programme d'ordinateur chaque cellule photoélectrique sera ainsi connectée à cet ordinateur. Another advantage of the invention to make it easier to locate the optical component that is out of adjustment. Indeed, if we have N> 1 sensors successively in the path of the laser beam, the optical component will be set between two successive sensors in the path of the laser beam, the upstream sensor has not detected any anomaly, the sensor downstream having detected an anomaly. In other words, each pair of sensors makes it possible to detect the disturbance of the components located between them. In the case where it is the first sensor which has detected an anomaly, the optical component will be simply upstream of this first sensor. Advantageously, the machine comprises a control means for interrupting the laser beam, each photoelectric cell being connected to said control means, said control means interrupting the laser beam when at least one photocell has detected a secondary light. such control means may be for example a remote switch arranged on the power supply circuit of the generator. Most machines are now digitally controlled, ie controlled by a computer program, each photocell will be connected to this computer.

Cette interruption automatique est par définition très rapide. De ce fait, pièce en cours d'usinage ne sera que faiblement dégradée car elle ne sera exposée à faisceau laser déréglé pendant une durée très courte. This automatic interruption is by definition very fast. As a result, the part being machined will only be weakly degraded because it will not be exposed to a disordered laser beam for a very short time.

Une machine d'usinage à faisceau laser comporte habituellement plusieurs organes qui sont un bâti et une succession de modules optiques disposés sur le trajet du faisceau laser et assurant chacun un traitement dudit faisceau laser, l'un des modules optiques pouvant exemple être le générateur du faisceau laser lui-même, autres modules optiques assurant par exemple des fonctions de déviation de focalisation. Avantageusement - Le capteur comporte un tube droit ouvert à chaque extrémité, ledit tube étant constitué par Ï une paroi étanche à la lumière, le diaphragme étant disposé transversalement à l'intérieur du tube entre les deux ouvertures, le trou étant à l'intérieur du tube, la cellule photoélectrique étant disposée sur la paroi du tube, ledit capteur comportant également au moins une bride solidaire du tube par laquelle susceptible d'être attaché à un objet extérieur, par exemple par des vis, - le capteur est disposé sur le trajet du faisceau laser entre deux organes adjacents de la machine, ledit faisceau laser étant susceptible de passer successivement et entièrement par une première ouverture, par le trou diaphragme et par la seconde ouverture, ledit tube étant abouché à chacun des deux organes de la machine, ledit abouchage étant étanche à la lumière, ledit capteur étant attaché à l'un des deux organes par la bride. A laser beam machining machine usually comprises several members that are a frame and a succession of optical modules arranged in the path of the laser beam and each providing a treatment of said laser beam, one of the optical modules being able to be the generator of the laser beam. laser beam itself, other optical modules providing, for example, focusing deflection functions. Advantageously - the sensor comprises a straight tube open at each end, said tube being constituted by a light-tight wall, the diaphragm being disposed transversely inside the tube between the two openings, the hole being inside the tube, the photocell being disposed on the wall of the tube, said sensor also comprising at least one integral flange of the tube through which may be attached to an external object, for example by screws, - the sensor is disposed on the path a laser beam between two adjacent members of the machine, said laser beam being able to pass successively and entirely through a first opening, through the diaphragm hole and through the second opening, said tube being terminated to each of the two members of the machine, said sealing being light-tight, said sensor being attached to one of the two members by the flange.

On comprend que le tube permet de maintenir ensemble le diaphragme la cellule photoélectrique, et de les positionner l'un par rapport à l'autre et par rapport à la machine et au trajet du faisceau laser. Une telle disposition permet ainsi de positionner simplement un diaphragme et une cellule photoélectrique différents endroits de la machine sur le trajet du faisceau laser. It will be understood that the tube makes it possible to hold the diaphragm together with the photoelectric cell, and to position them relative to one another and with respect to the machine and to the path of the laser beam. Such an arrangement thus makes it possible to simply position a diaphragm and a photocell different locations of the machine on the path of the laser beam.

On comprend également que le tube entoure le faisceau laser et permet d'isoler ledit faisceau laser, le trou du diaphragme, la surface éclairable la cellule photoélectrique de l'extérieur de la machine, ceci au moins sur la portion du trajet du faisceau laser entouré par le tube. De ce fait - la lumière renvoyée par la surface éclairable ne peut passer à l'extérieur de la machine, - la cellule photoélectrique n'est pas perturbée par la lumière ambiante. It is also understood that the tube surrounds the laser beam and makes it possible to isolate said laser beam, the aperture of the diaphragm, the illuminable surface of the photocell from the outside of the machine, this at least on the portion of the path of the laser beam surrounded by by the tube. Therefore - the light returned by the illuminable surface can not go outside the machine, - the photocell is not disturbed by the ambient light.

L'invention peut ainsi être appliquée sur les machines existantes sans devoir modifier les modules optiques. II suffit d'adapter les formes des brides moyens de liaison des deux organes de la machine entre lesquels le capteur est disposé. The invention can thus be applied to existing machines without having to modify the optical modules. It suffices to adapt the shapes of the connecting means flanges of the two parts of the machine between which the sensor is arranged.

Avantageusement, le capteur comporte deux brides disposées chacune à une extrémité du tube, une première bride étant attachée à l'un des organes entre lesquels est disposé le capteur, l'autre bride étant attachée à l'autre organe. Ceci permet de lier mécaniquement entre eux les deux organes de la machine entre lesquels il est disposé, soit un module optique avec le bâti de la machine, ou deux modules optiques entre eux. Ceci permet également de localiser le module dans lequel se trouve un composant optique déréglé. Advantageously, the sensor comprises two flanges each disposed at one end of the tube, a first flange being attached to one of the members between which is disposed the sensor, the other flange being attached to the other member. This makes it possible to mechanically link together the two members of the machine between which it is arranged, either an optical module with the frame of the machine, or two optical modules between them. This also makes it possible to locate the module in which a faulty optical component is located.

Avantageusement - Le diaphragme est constitué par une plaque percée dans le sens de son épaisseur par le trou, - le tube comporte une glissière transversale débouchant à l'extérieur du tube, ladite glissière traversant le tube perpendiculairement à lui, - le diaphragme coulisse dans la glissière transversalement au tube, ladite glissière comportant également des moyens de positionnement du diaphragme dans le tube, par exemple une butée, le trou étant à l'intérieur du tube lorsque le diaphragme est positionné dans la glissière, ladite glissière comportant également des moyens pour faire obstacle à la lumière susceptible de passer entre la glissière et le diaphragme, par exemple des joints à brosse. Advantageously - the diaphragm is constituted by a plate pierced in the direction of its thickness by the hole, - the tube comprises a transverse slide opening to the outside of the tube, said slide passing through the tube perpendicularly to it, - the diaphragm slides in the slideway transversely to the tube, said slideway also having means for positioning the diaphragm in the tube, for example an abutment, the hole being inside the tube when the diaphragm is positioned in the slideway, said slideway also comprising means for making obstacle to the light likely to pass between the slide and the diaphragm, for example brush seals.

Ainsi, le coté de la plaque tourné vers l'amont du faisceau laser constitue au voisinage du trou la surface éclairable. Une telle disposition permet de mettre en place et de retirer très simplement le diaphragme, ce qui permet de changer le diaphragme en fonction du diamètre du faisceau laser à contrôler et de remplacer simplement les diaphragmes qui se sont détériorés. De tels diaphragmes sont par ailleurs très simples à réaliser, puisqu'ils sont constitués chacun d'une plaque aux dimensions de la glissière et percée d'un trou au diamètre du faisceau laser augmenté de deux fois le jeu Description des fiaures La figure 1 illustre le perçage d'un trou avec un faisceau laser correctement positionné. La figure 2 illustre le perçage d'un trou avec un faisceau laser déréglé. Par mesure de clarté, l'écart du faisceau par rapport au trajet nominal et ses conséquences sur la géométrie du trou à percer ont étés agrandis. Thus, the side of the plate facing upstream of the laser beam is in the vicinity of the hole the illuminable surface. Such an arrangement makes it possible to set up and remove the diaphragm very simply, which makes it possible to change the diaphragm according to the diameter of the laser beam to be controlled and to simply replace the diaphragms which have deteriorated. Such diaphragms are also very simple to implement, since they each consist of a plate with the dimensions of the slide and pierced with a hole in the diameter of the laser beam increased by twice the set Description Figure 1 illustrates the drilling of a hole with a correctly positioned laser beam. Figure 2 illustrates the drilling of a hole with a disordered laser beam. For the sake of clarity, the deviation of the beam from the nominal path and its consequences on the geometry of the hole to be drilled have been enlarged.

La figure 3 illustre une machine d'usinage par faisceau laser, ladite machine comportant deux capteurs selon l'invention. FIG. 3 illustrates a laser beam machining machine, said machine comprising two sensors according to the invention.

Les figures 4 et 5 illustrent par des vues agrandies chacun des capteurs. Description détaillée On se reportera en premier lieu à la figure 1. Le faisceau laser 1 collimaté, c'est à dire parallèle, ledit faisceau ayant une section ronde et suivant un trajet 2 matérialisé par son axe géométrique 2a. Dans cet exemple, le trajet 2 est le trajet nominal, et le faisceau laser est centré sur l'axe géométrique 2a du trajet 2. Le faisceau laser 1 traverse une lentille frontale 3 convergente, et converge sur le foyer 4 de ladite lentille frontale 3. Une pièce 5 est positionnée devant la lentille frontale 3 afin de percer trou 6 dans ladite pièce 5. A cet effet, la surface 5a de la pièce 5 est positionnée en avant du foyer 4 vers la lentille frontaleà3. Figures 4 and 5 illustrate by enlarged views each of the sensors. DETAILED DESCRIPTION Referring firstly to FIG. 1, the laser beam 1 is collimated, ie parallel, said beam having a round section and following a path 2 embodied by its geometric axis 2a. In this example, the path 2 is the nominal path, and the laser beam is centered on the geometric axis 2a of the path 2. The laser beam 1 passes through a convergent front lens 3, and converges on the focus 4 of said front lens 3 A piece 5 is positioned in front of the front lens 3 to drill hole 6 in said piece 5. For this purpose, the surface 5a of the piece 5 is positioned in front of the focus 4 towards the front lens 3.

On se rapportera maintenant à la figure 2. Le faisceau laser 1 a ici dévié linéairement et angulairement du trajet nominal 2. Le faisceau laser 1 suit maintenant un trajet dévié 2a différent, traverse la lentille frontale 3 et converge sur un foyer dévié 4a distinct du foyer 4. On comprend que le trou 6 est défectueux, car sa position sur la pièce 5 et l'angle qu'il fait avec la surface 5a de la pièce 5 sont différents. Les écarts de position peuvent être calculés en fonction des caractéristiques de la déviation du faisceau laser 1 par la simple application des lois de l'optique géométrique. Referring now to FIG. 2, the laser beam 1 here has deviated linearly and angularly from the nominal path 2. The laser beam 1 now follows a different deflected path 2a, passes through the front lens 3 and converges on a deviated focus 4a distinct from the focus 4. It is understood that the hole 6 is defective because its position on the part 5 and the angle it makes with the surface 5a of the part 5 are different. The positional deviations can be calculated according to the characteristics of the deviation of the laser beam 1 by the simple application of the laws of geometrical optics.

On rapportera maintenant à la figure 3. La machine 10 d'usinage par faisceau laser comporte une structure fixe 11 sur laquelle est disposée un générateur laser 12 produisant un faisceau laser 1 selon un trajet 2 horizontal à ce niveau. A ce niveau, le faisceau laser est collimaté de section ronde et suit le trajet 2 à l'intérieur de la machine 10. faisceau laser 1 pénètre dans un premier module de déviation 15 et se réfléchit sur premier miroir 16 qui le renvoi suivant une direction verticale vers le bas. Le faisceau laser 1 pénètre ensuite dans un deuxième module de déviation 20 et se réfléchit sur un second miroir 21 qui le renvoi horizontalement vers la pièce 5 à usiner. Le second module de déviation 20 pivote suivant un axe géométrique de pivotement 22 vertical, ledit axe géométrique de pivotement 22 coïncidant avec le trajet 2 entre les deux miroirs 16 et 21, ce qui permet un réglage de l'orientation du faisceau laser 1 dans un plan horizontal en direction de la pièce 5. Le faisceau laser 1 pénètre ensuite dans la tête laser 25 constituée successivement d'un corps cylindrique creux 26 et d'une extremité conique 27 dont le sommet 27a est ouvert et présenté devant le trou 6 à percer. A l'intérieur de la tête laser 25, le faisceau laser 1 arrive sur lentille frontale 3, converge vers le foyer 4 de la lentille frontale 3, sort de la tête laser 25 et arrive à la surface 5a de la pièce à usiner 5. Referring now to FIG. 3, the laser beam machining machine 10 comprises a fixed structure 11 on which is disposed a laser generator 12 producing a laser beam 1 along a horizontal path 2 at this level. At this level, the laser beam is collimated with a round section and follows the path 2 inside the machine 10. The laser beam 1 enters a first deflection module 15 and is reflected on the first mirror 16 which sends it back in one direction vertical down. The laser beam 1 then enters a second deflection module 20 and is reflected on a second mirror 21 which sends it horizontally towards the part 5 to be machined. The second deflection module 20 pivots along a vertical pivoting geometric axis 22, said pivoting geometrical axis 22 coinciding with the path 2 between the two mirrors 16 and 21, which makes it possible to adjust the orientation of the laser beam 1 in a horizontal plane towards the piece 5. The laser beam 1 then enters the laser head 25 consisting successively of a hollow cylindrical body 26 and a conical end 27 whose apex 27a is open and presented in front of the hole 6 to drill . Inside the laser head 25, the laser beam 1 arrives on the front lens 3, converges towards the focus 4 of the front lens 3, leaves the laser head 25 and reaches the surface 5a of the workpiece 5.

Dans cet exemple, la machine 10 comporte deux capteurs 30 de position du faisceau laser, le premier capteur 30a étant disposé sur le trajet 2 entre la source laser 12 et le premier module de déviation 15, le second capteur 30b étant disposé le trajet 2 entre le second module de déviation 20 et la tête laser 25. In this example, the machine 10 comprises two laser beam position sensors 30, the first sensor 30a being disposed on the path 2 between the laser source 12 and the first deflection module 15, the second sensor 30b being disposed the path 2 between the second deflection module 20 and the laser head 25.

On reportera maintenant simultanément aux figure 4 et 5. La description qui va suivre est commune aux deux capteurs 30, soit 30a et 30b. Le capteur comporte un diaphragme 31 disposé sur le trajet 2. Ce diaphragme 31 est une plaque disposée perpendiculairement au trajet 2 à ce niveau. Le diaphragme 31 est percé d'un trou circulaire 32 centré également sur le trajet nominal 2 à ce niveau. Le diamètre D du trou 32 est donné par la formule D = D1 + 2xE, D1 étant le diamètre du faisceau laser 1 à ce niveau, et E le jeu laissé entre le faisceau laser et le bord du trou 32. Le trajet nominal est ainsi défini par la position du trou 32. On référencera 33 la surface dite "éclairable" du diaphragme 31 ladite surface éclairable 33 étant constituée simplement par la surface du diaphragme tournée vers l'amont du faisceau laser 1, ladite surface éclairable 33 entourant le trou et arrivant jusqu'au bord dudit trou 32. Une cellule photoélectrique 34 est disposée amont du diaphragme 31 et regarde la surface éclairable 33 au moins au bord du trou 32. Par le terme "regarder la surface éclairable", on entend que la cellule photoélectrique est capable de détecter de la lumière en provenance de ladite surface éclairable 33, au moins au voisinage du trou 32. La cellule photoélectrique 34 est évidemment disposée en dehors du faisceau laser 1 afin qu'elle ne soit pas détériorée par lui. capteur 30 comporte également un tube 36 droit dont la paroi 37 entoure le faisceau laser 1 et forme une cavité intérieure 38 traversée de part en part par ledit faisceau laser 1. Le diaphragme 31 coulisse dans une glissière 39 aménagée dans le tube 36, ladite glissière 39 étant perpendiculaire audit faisceau laser 1. Le diaphragme 31 arrive contre une butée 39a pour positionner le trou 32 au centre du tube 36. Le diaphragme dépasse à l'extérieur de la glissière 39 afin de pouvoir être saisi depuis l'extérieur du capteur. La glissière comporte également à l'extérieur un joint 39b assurant l'étanchéité à la lumière entre la glissière 39 et le diaphragme 31, par exemple un joint à brosse ou un ajustage mécanique. La paroi 37 du tube 36 comporte une partie oblique 37a dans laquelle on a percé un trou, cellule photoélectrique 34 étant scellée dans ledit trou de la paroi 37 du tube 36. Le tube 36 est bien évidemment étanche à la lumière afin de protéger l'opérateur du faisceau laser et de protéger la cellule photoélectrique des lumières parasites venant de l'extérieur. Pour la même raison, le tube 36 est abouché par une première extrémité 36a au module 12,20 en amont de lui, ledit tube 36 étant également abouché par autre extrémité 36b au module optique 15,25 en aval de lui, lesdits abouchages étant également étanches à la lumière. De ce fait, la cellule photoélectrique ne peut recevoir que la lumière secondaire 40 diffusée par la surface éclairable 33 lorsque le faisceau laser 1 a dévié du trajet nominal définit par le diaphragme 31 et vient toucher ladite surface éclairable 33. Le diaphragme sera en téflon dans le cas d'un laser YAG, et en céramique dans le cas d'un laser C02, ces deux matériaux étant capables de résister au faisceau laser car ils ne l'absorbent pas. Un diaphragme en céramique peut avoir une épaisseur au moins égale à 1 mm. Du fait que le téflon est un matériau peu rigide, un diaphragme en téflon doit avoir une épaisseur au moins égale à 3mm. We will now refer simultaneously to FIGS. 4 and 5. The description which follows is common to the two sensors 30, namely 30a and 30b. The sensor comprises a diaphragm 31 disposed on the path 2. This diaphragm 31 is a plate disposed perpendicularly to the path 2 at this level. The diaphragm 31 is pierced with a circular hole 32 also centered on the nominal path 2 at this level. The diameter D of the hole 32 is given by the formula D = D1 + 2xE, D1 being the diameter of the laser beam 1 at this level, and E the clearance left between the laser beam and the edge of the hole 32. The nominal path is thus defined by the position of the hole 32. The so-called "illuminable" surface of the diaphragm 31 will be referenced 33, said illuminable surface 33 being constituted simply by the surface of the diaphragm facing upstream of the laser beam 1, said illuminable surface 33 surrounding the hole and arriving at the edge of said hole 32. A photocell 34 is disposed upstream of the diaphragm 31 and looks at the illuminable surface 33 at least at the edge of the hole 32. By the term "look at the illuminable surface" is meant that the photocell is capable of detecting light from said illuminable surface 33, at least in the vicinity of the hole 32. The photocell 34 is obviously arranged outside the laser beam 1 so that she is not damaged by him. sensor 30 also comprises a straight tube 36 whose wall 37 surrounds the laser beam 1 and forms an internal cavity 38 traversed right through by said laser beam 1. The diaphragm 31 slides in a slideway 39 formed in the tube 36, said slide 39 being perpendicular to said laser beam 1. The diaphragm 31 arrives against a stop 39a to position the hole 32 in the center of the tube 36. The diaphragm protrudes outside the slide 39 so that it can be grasped from outside the sensor. The slide also has on the outside a gasket 39b ensuring the light tightness between the slide 39 and the diaphragm 31, for example a brush seal or mechanical adjustment. The wall 37 of the tube 36 has an oblique portion 37a in which a hole has been drilled, the photocell 34 being sealed in said hole in the wall 37 of the tube 36. The tube 36 is of course light-tight in order to protect the operator of the laser beam and to protect the photocell from extraneous light coming from the outside. For the same reason, the tube 36 is terminated by a first end 36a to the module 12,20 upstream of it, said tube 36 being also terminated by another end 36b to the optical module 15,25 downstream of it, said seals being also waterproof to light. As a result, the photoelectric cell can receive only the secondary light 40 diffused by the illuminable surface 33 when the laser beam 1 has deviated from the nominal path defined by the diaphragm 31 and comes into contact with said illuminable surface 33. The diaphragm will be Teflon in the case of a YAG laser, and ceramic in the case of a CO2 laser, these two materials being able to resist the laser beam because they do not absorb it. A ceramic diaphragm may have a thickness of at least 1 mm. Because teflon is a soft material, a Teflon diaphragm must have a thickness of at least 3mm.

On se reportera maintenant à la seule figure 4. Le tube 36 du capteur 30a comporte un prolongateur amont 45 de forme cylindrique arrivant contre le générateur laser 12 et entourant le faisceau laser 1, ledit prolongateur amont 45 étant étanche à la lumière. Le tube 36 comporte également un prolongateur aval 46 terminé une bride aval 47 fixée au premier module de déviation 15 par exemple par les ' non représentées. Le prolongateur aval 46 et la bride aval 47 sont également étanches à la lumière. Le prolongateur amont 45 et le prolongateur aval 46 permettent d'écarter les modules optiques 12,20 entre lesquels le capteur est disposé, afin d'accéder plus facilement au diaphragme 31. Du fait que le générateur laser 12 et le premier module de déviation 15 sont tous les deux tenus par la structure fixe référencée 11 sur la figure 3, le capteur 30,30a peut ainsi-n'être tenu que par une seule bride 47. Reference will now be made to FIG. 4 alone. The tube 36 of the sensor 30a comprises an upstream extension 45 of cylindrical shape reaching the laser generator 12 and surrounding the laser beam 1, said upstream extension 45 being light-tight. The tube 36 also comprises a downstream extension 46 terminating a downstream flange 47 fixed to the first deflection module 15, for example by the unrepresented ones. The downstream extension 46 and the downstream flange 47 are also light-tight. The upstream extension 45 and the downstream extension 46 make it possible to separate the optical modules 12, 20 between which the sensor is arranged, in order to gain easier access to the diaphragm 31. Because the laser generator 12 and the first deflection module 15 are both held by the fixed structure referenced 11 in FIG. 3, the sensor 30, 30a can thus be held only by a single flange 47.

On se reportera maintenant à la seule figure 5. Dans ce cas, le tube 36 du capteur 30,30b comporte une bride amont 48 par laquelle il est attaché au second module de déviation 20, ledit tube 36 comportant également une bride aval 47 par laquelle il est attaché à la tête laser 25. On comprend que dans ce cas, le tube 36 permet également de tenir la tête laser 25 sur le second module de déviation 20, ladite tête laser 25 suivant ainsi les déplacements dudit second module de déviation 20. Referring now to FIG. 5 alone, in this case the tube 36 of the sensor 30, 30b comprises an upstream flange 48 by which it is attached to the second deflection module 20, said tube 36 also comprising a downstream flange 47 through which it is understood that in this case, the tube 36 also makes it possible to hold the laser head 25 on the second deflection module 20, said laser head 25 thus following the displacements of said second deflection module 20.

On se reportera de nouveau à la figure 3. La cellule photoélectrique 34,34a du capteur 30,30a est connectée à un moyen d'alerte 55,55a proche dudit capteur 30a, alors que la cellule photoélectrique 34,34b du capteur 30,30b est connectée à un moyen d'alerte 55,55b proche dudit capteur 30,30b. Dans cet exemple, ces moyens d'alerte 55 comportent un premier voyant dit "ok" 56 de couleur verte allumé lorsque la source laser 12 est active alors que la cellule photoélectrique 34 ne détecte pas de lumière secondaire référencée 40 sur les figures 4 et 5. Ces moyens d'alerte 55 comportent également un voyant d'alerte 57 de couleur rouge allumé lorsque la cellule photoélectrique 34 détecte de la lumière secondaire. Ainsi, on voit immédiatement quand le générateur laser 12 est en fonctionnement et à quel endroit le faisceau laser 1 a dévié du trajet nominal définit par les diaphragmes 31. Chaque cellule photoélectrique 34 est également connectée à des moyens de commande 60 de la source laser 12, lesdits moyens de commande 60 permettant d'interrompre la source laser 12 lorsque l'une des cellule photoélectrique 34 détecte de la lumière en provenance d'une surface éclairable 33. Le voyant d'alerte 37 est avantageusement actionné par l'intermédiaire d'un basculeur non représenté, afin de rester allumé après l'interruption de la source laser 12. Les moyens de commande 60 comportant un télérupteur 61 par lequel passe circuit d'alimentation 62 du générateur laser 12, ledit télérupteur étant ouvert lorsque moins une cellule photoélectrique 34 a détecté une lumière secondaire 40, ce qui interrompt alors le faisceau laser 1. Referring again to FIG. 3, the photocell 34,34a of the sensor 30,30a is connected to a warning means 55,55a close to said sensor 30a, whereas the photocell 34,34b of the sensor 30,30b is connected to a warning means 55,55b close to said sensor 30,30b. In this example, these alert means 55 comprise a first green LED lit "green" 56 lit when the laser source 12 is active while the photocell 34 does not detect secondary light referenced 40 in Figures 4 and 5 These warning means 55 also include a red warning light 57 illuminated when the photocell 34 detects secondary light. Thus, it is immediately apparent when the laser generator 12 is in operation and where the laser beam 1 has deviated from the nominal path defined by the diaphragms 31. Each photocell 34 is also connected to control means 60 of the laser source 12 , said control means 60 for interrupting the laser source 12 when one of the photoelectric cell 34 detects light from a lightable surface 33. The warning light 37 is advantageously actuated through a rocker not shown, to remain lit after the interruption of the laser source 12. The control means 60 having a remote switch 61 through which passes power supply circuit 62 of the laser generator 12, said remote switch being open when less a photocell 34 has detected a secondary light 40, which then interrupts the laser beam 1.

On comprend que les moyens d'alerte 55 et les moyens de commande 60 relevent des technologies habituelles utilisées sur les machines outils.It will be understood that the warning means 55 and the control means 60 identify common technologies used on machine tools.

On comprend également qu'un nombre variable de capteurs 30 peuvent être disposés sur machine 10 en fonction de la complexité du trajet 2 suivi par faisceau laser 1, afin détecter et de localiser très rapidement un dérèglement faisceau laser, l'encombrement et le coût des capteurs restant modiques. Les capteurs peuvent être externes aux modules optiques, comme dans l'exemple donné. capteurs peuvent également être intégrés aux modules optiques et en particulier au générateur de faisceau laser It is also understood that a variable number of sensors 30 can be arranged on the machine 10 as a function of the complexity of the path 2 followed by the laser beam 1, in order to detect and locate very quickly a laser beam disturbance, the size and the cost of the sensors remaining modest. The sensors may be external to the optical modules, as in the example given. sensors can also be integrated into the optical modules and in particular to the laser beam generator

Claims

Claims

1. A laser beam machining machine with control of the internal position of the laser beam, said laser beam (1) being able to follow in said machine (10) an internal path (22), characterized in that a. it comprises at least one laser beam position sensor (30) (1), said sensor (30) comprising a diaphragm (31) itself comprising a so-called "illuminable surface" (33) and a through hole (32) said diaphragm (31) through, said hole (32) opening at one end into the illuminable surface (33), said illuminable surface (33) surrounding the hole (32) and reaching the edge of the hole (32) , said illuminable surface (33) being capable of diffusely returning any light coming to illuminate it at least at the edge of the hole (32), said reflected light being called "secondary light" (40), said diaphragm (31) being provided a material which does not absorb the laser light, said sensor (30) also having a photoelectric cell (34) looking at said illuminable surface (33), said photocell (34) being capable of receiving and detecting secondary light (40) from the surface illuminable (33) at least at the hole edge (32), b. the diaphragm (31) is arranged on the path (2) of the laser beam (1) and this laser beam (1) is able to pass entirely through the hole (32), c. the illuminable surface (33) is facing upstream of the laser beam path (1), d. the machine (10) also comprises at least one warning means (55) connected to the photocells (34), said alerting means (55) being active when at least one photocell (34) detects a secondary light (40). ).

2. Machine according to claim 1 characterized in that the laser beam (1) is of the YAG type and in that the diaphragm (31) is Teflon.

3. Machine according to claim 1 characterized in that the laser beam (1) is of the CO2 type and in that the diaphragm (31) is ceramic.

4. Machine according to any one of claims 1 to 3 characterized in that it comprises at least two sensors (30,30a, 30b) distant from each other the path (2) of the laser beam (1) .

5. Machine according to any one of claims 1 to 4 characterized in that it comprises a control means (60) for interrupting the laser beam (1), in that each photocell (34) is connected to said control means (60) and that the control means (60) interrupts the laser beam (1) when at least one photocell (34) has detected a secondary light (40).

6. Machine according to any one of claims 1 to 5, said machine 0) comprising a plurality of members which are a frame (11) and a succession of optical modules 15,20,25) arranged on the path (2) of the laser beam (1) and each providing a treatment of said laser beam (1), characterized in that the sensor (30) comprises a straight tube (36) with an opening (41, at each end (36a, 36b), said tube (36) ) being constituted by a wall (37) sealed to light, the diaphragm (31) being arranged transversely inside the tube (36) between two openings (41,42), the hole (32) being inside of the tube (36), the photoelectric cell (34) being disposed on the wall (37) of the tube (36), said sensor (30) also comprising at least one flange (47, 48) integral with the tube (36), the sensor (30) is arranged on the path (2) of the laser beam (1) between two adjacent members (12, 15, 20, 25) of the machine (10), said laser beam (1) being nt capable of passing successively and entirely by a first opening (41,42), by the hole (32) of the diaphragm (31) and by the second opening (42,41), said tube (36) being terminated at each of the two members (12, 15, 20, 25) of the machine said sealing being light-tight, said sensor (30) being attached to one of two members (12, 15, 20, 25) by the flange (47, 48) .

7. Machine according to claim 6 characterized in that the sensor (30) comprises two flanges (47,48) each disposed at one end (36a, 36b) of the tube (36), first flange (36a, 36b) being attached to one of the members (12, 15, 20, 25) between which the sensor (30) is arranged, the other flange (36b, 36a) being attached to the other member (12, 15, 20, 25).

8. Machine according to the. claim 6 or 7 characterized in that - the diaphragm (31) is constituted by a plate pierced in the direction of its thickness by the hole (32), - the tube (36) comprises a slide (39) transverse opening to the outside the tube (36), - the diaphragm (31) slides in the slide (39) transversely to the tube (36), said slide (39) also comprising positioning means (39a) of the diaphragm (31) in the tube ( 36), the hole (32) being inside the tube (36) when the diaphragm (31) is positioned in the slide (39), said slide (39) also having means (39b) for obstructing the light likely to pass between the slide (39) and the diaphragm (31).