FR2971724A1

FR2971724A1 - Laser beam cutting of metallic material e.g. plate, comprises positioning outlet orifice of nozzle of cutting head to top of material using scanning head, and moving the head according to movement with respect to material

Info

Publication number: FR2971724A1
Application number: FR1151330A
Authority: FR
Inventors: Boris Danhiez; Nicolas Georget
Original assignee: Air Liquide Welding France
Current assignee: Lincoln Electric Co France SA
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-08-24

Abstract

The method comprises positioning an outlet orifice of a nozzle of a cutting head (2) to a top of a metallic material (10) with a predetermined height (0.5-1.5 mm) using a scanning head, moving the cutting head according to a movement in distance with respect to the material, maintaining the cutting head at the predetermined height, passing a laser beam through the orifice of the nozzle, moving the cutting head near the material, cutting an edge of the material, and moving the cutting head from the edge of the material. The method comprises positioning an outlet orifice of a nozzle of a cutting head (2) to a top of a metallic material (10) with a predetermined height (0.5-1.5 mm) using a scanning head, moving the cutting head according to a movement in distance with respect to the material, maintaining the cutting head at the predetermined height, passing a laser beam through the orifice of the nozzle, moving the cutting head near the material, cutting an edge of the material, moving the cutting head from the edge of the material, and stopping the movement of the cutting head when a desired form of piece is obtained. The laser beam is generated by a carbon dioxide laser source (1) or a neodymium-doped yttrium aluminum garnet laser, and is assisted by an assistance gas.

Description

L'invention concerne un procédé de coupage par faisceau laser avec étape d'amorçage hors tôle d'un matériau métallique, en particulier en acier au carbone, en acier inoxydable, en aluminium, en cuivre ou en l'un de leurs alliages. En coupage par faisceau laser de matériaux métalliques, tel que tôles, profilés ou panneaux 3D formés par emboutissage par exemple, la stabilité des performances de coupe, à savoir vitesse et qualité de coupe, est obtenue par une régulation précise des paramètres d'usinage. La hauteur de coupe, c'est-à-dire la distance entre la buse de coupe par laquelle sort le faisceau laser et le gaz d'assistance, et la surface du matériau à couper est déterminée et asservie à l'aide d'un capteur électronique, tel un capteur capacitif par exemple. Toute découpe par faisceau laser commence par une phase d'amorçage de coupe, c'est-à-dire un perçage du matériau, à une distance d'entrée de contour, c'est-à-dire en un point ou site éloigné de quelques millimètres de la trajectoire à réaliser. L'amorçage a pour but de stabiliser le processus de coupe avant d'entamer la 15 découpe proprement dite, c'est-à-dire la découpe selon un contour de forme prédéfinie ou une trajectoire donnée de sorte d'obtenir une ou des pièces de forme désirée. Pour des raisons géométriques, les perçages ne peuvent s'effectuer directement sur le contour de la pièce à couper mais uniquement à distance de celui-ci et ceci pour garantir une saignée de coupe de largeur constante selon tout le contour ou la trajectoire de coupe. En 20 effet, en opérant un amorçage directement sur le contour à découper, il se produit inévitablement un défaut de coupe car le diamètre du trou de perçage est toujours plus grand que la largeur de la saignée de coupe. Ce défaut de coupe conduit à mettre la pièce découpée au rebus ou au minimum oblige à réaliser des opérations de parachèvement fastidieuses et coûteuses, tel un meulage ou analogue. 25 Par ailleurs, lorsque, pour économiser de la matière à couper, l'un des côtés d'une pièce à couper se confond avec le bord d'une tôle par exemple, l'amorçage doit être réalisé à l'extérieur de la tôle ou, à défaut, au niveau du bord lui-même. De même, lorsque le squelette, c'est-à-dire la partie restante de la tôle après découpe des pièces imbriquées, doit être découpé en plus petits morceaux pour faciliter son 30 déchargement, sa manutention et/ou son recyclage, des traits de coupe croisent obligatoirement les bords du squelette de tôle. Les amorçages de ces traits de coupe doivent eux aussi être effectués à l'extérieur de la tôle. Or, dans ces deux derniers cas, du fait du dispositif électronique de palpage, la mesure de hauteur entre l'outil de coupe, c'est-à-dire la buse laser, et la tôle est impossible à 35 réaliser à l'extérieur de celle-ci puisque le capteur n'est pas en vis-à-vis de la tôle. Par ailleurs, on a constaté que des effets de bord se font sentir à l'approche des bords de la tôle, ce qui détériore la qualité de mesure par le capteur capacitif et cela peut engendrer des collisions de l'outil de coupe, c'est-à-dire la buse, avec la tôle. The invention relates to a laser beam cutting method with an off-metal priming step of a metallic material, in particular carbon steel, stainless steel, aluminum, copper or one of their alloys. In laser-cutting of metallic materials, such as sheets, profiles or 3D panels formed by stamping for example, the stability of the cutting performance, namely cutting speed and quality, is obtained by precise control of the machining parameters. The cutting height, i.e., the distance between the cutting nozzle from which the laser beam and the assist gas, and the surface of the material to be cut is determined and controlled by means of a electronic sensor, such as a capacitive sensor for example. Any laser beam cutting starts with a cutting initiation phase, ie a drilling of the material, at an edge entry distance, i.e. at a point or site remote from a few millimeters of the trajectory to achieve. The aim of the priming is to stabilize the cutting process before starting the cutting itself, that is to say the cutting according to a predefined shape contour or a given trajectory so as to obtain one or several pieces of desired shape. For geometrical reasons, the holes can not be made directly on the contour of the workpiece but only at a distance from it and this to ensure a cutting groove of constant width along the entire contour or the cutting path. In effect, by operating a priming directly on the contour to be cut, inevitably a defect of cut occurs because the diameter of the drilling hole is always greater than the width of the cutting bleed. This lack of cutting leads to the discarded piece or at least obliges to perform tedious and expensive finishing operations, such as grinding or the like. Furthermore, when, to save material to be cut, one of the sides of a workpiece merges with the edge of a sheet, for example, priming must be performed outside the sheet. or, failing that, at the edge itself. Likewise, when the skeleton, that is to say the remaining part of the sheet after cutting the nested pieces, must be cut into smaller pieces to facilitate its unloading, handling and / or recycling, strokes. cut cross obligatorily the edges of the skeleton of sheet metal. The priming of these cutting lines must also be performed outside the sheet. However, in the latter two cases, because of the electronic probing device, the measurement of height between the cutting tool, that is to say the laser nozzle, and the sheet is impossible to achieve outside of it since the sensor is not vis-à-vis the sheet. Furthermore, it has been found that edge effects are felt at the approach of the edges of the sheet, which deteriorates the quality of measurement by the capacitive sensor and this can cause collisions of the cutting tool, it that is to say the nozzle, with the sheet.

Le problème est dés lors de proposer un procédé de découpe par faisceau laser ne présentant pas les inconvénients susmentionnés, en particulier un procédé de découpe dont la ou les étapes d'amorçage puissent être exécutées hors tôle, c'est-à-dire sans que la tôle ou le matériau à couper ne soit situé en regard de la buse de coupe au moment de l'amorçage de coupe. La solution de l'invention est alors un procédé de coupage par faisceau laser d'un matériau métallique au moyen d'une tête de coupe munie d'une buse avec un orifice de sortie par laquelle passe un faisceau laser, dans lequel on procède selon les étapes de : a) positionner l'orifice de sortie de la buse équipant la tête de coupe au dessus du matériau à couper, à une hauteur (H) déterminée, b) déplacer la tête de coupe selon un mouvement en éloignement par rapport au matériau à couper, en particulier un mouvement de translation, de rotation, ou une combinaison des deux, jusqu'à ce que l'orifice de la buse ne soit plus situé en regard du matériau à couper, tout en maintenant ladite tête de coupe à ladite hauteur déterminée (H) et/ou en mémorisant la hauteur (H), de préférence au moyen d'un dispositif de pilotage telle une commande numérique CNC, c) amorcer une coupe en faisant passer au moins un faisceau laser au travers de l'orifice de buse lorsque, subséquemment à l'étape b), ledit orifice de buse n'est plus situé en regard du matériau à couper, et d) déplacer la tête de coupe, après amorçage de l'étape c), selon un mouvement en rapprochement par rapport au matériau à couper, en particulier un mouvement de translation, de rotation, ou une combinaison des deux, tout en maintenant ladite tête de coupe à ladite hauteur (H), c'est-à-dire selon une trajectoire tangente au profil de la matière à couper, i.e. sa surface, et commencer une découpe au moyen du faisceau laser et du gaz d'assistance au niveau du bord dudit matériau. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - il comporte une étape supplémentaire e) de continuer le déplacement de la tête de coupe depuis ledit bord au sein du matériau en réalisant ainsi une saignée de coupe dans 30 ledit matériau selon tout ou partie d'une trajectoire de coupe déterminée, - il comporte une étape supplémentaire f) de stopper le déplacement de l'étape e) lorsqu'au moins une pièce de forme souhaitée a été découpée selon ladite trajectoire de coupe donnée. - à l'étape e), le déplacement de la tête de coupe est opéré tout en maintenant un 35 positionnement de l'orifice de sortie de la buse à la hauteur H au dessus du matériau à couper. - à l'étape a) ou à l'étape e), le positionnement ou le maintien en position de l'orifice de sortie de la buse à la hauteur H au dessus du matériau à couper est réalisé au moyen d'un dispositif de palpage. - à l'étape e), la position de l'orifice de sortie de la buse à la hauteur H au dessus du 5 matériau à couper est ajustée en fonction d'une ou plusieurs mesures opérées par le dispositif de palpage pendant le déplacement de la tête portant la buse le long de la trajectoire de coupe. - à l'étape e), la position de l'orifice de sortie de la buse à la hauteur H est ajustée par déplacement de la tête portant la buse en rapprochement ou en éloignement par rapport 10 à la surface supérieure du matériau. - à l'étape c) et durant les étapes d) et e), la buse délivre en outre un gaz d'assistance du faisceau laser. - à l'étape f), on arrête la délivrance du faisceau et du gaz d'assistance par la buse. - à l'étape e), on procède d'abord à un déplacement de la tête de coupe avec 15 réalisation d'une saignée de coupe de longueur L donnée, depuis ledit bord au sein du matériau jusqu'à un point situé sur la trajectoire de coupe correspondant au contour de la pièce à couper, puis on continue à déplacer la tête de coupe en continuant ladite saignée de coupe tout au long de la trajectoire de coupe prédéfinie jusqu'à obtention d'une ou plusieurs pièces de forme prédéterminée. 20 - le matériau à découper est une plaque, une tôle plane ou emboutie, un tube ou plus généralement un profilé métallique. - le matériau métallique à découper est en acier au carbone, en acier inoxydable, en aluminium, en cuivre ou en l'un de leurs alliages. - le faisceau laser est généré par un laser de type COz, à fibres dopées à l'ytterbium 25 ou analogue, à barreau solide ou à disque Nd :YAG. - le gaz d'assistance contient de l'oxygène, de l'azote, de l'argon, de l'hydrogène, du COz, de l'hélium, de l'air ou un mélange de plusieurs de ces gaz en proportions variables selon le type d'applications. - la hauteur (H) est comprise entre 0.2 mm et 50 mm, typiquement de l'ordre de 0.5 30 à 3 mm. La présente invention va maintenant être expliquée plusieurs en détail en référence aux Figures illustratives annexées parmi lesquelles : - les Figures 1 à 11 illustrent le procédé de coupage selon l'invention, et - la Figure 12 est un schéma d'une machine de coupage laser utilisable pour une 35 mise en oeuvre du procédé de coupage selon l'invention. La Figure 12 représente une machine 11 de coupage laser comprenant un bâti-porteur 4 posé ou fixé sur le sol, muni d'une poutre 7 mobile par rapport à une table 8 portant une tôle 10 à découper. Une source 1 laser, par exemple de type à gaz COz, à barreau solide de Nd :YAG, à fibre d'ytterbium ou d'erbium, ou à disque Nd : YAG, permet de générer un faisceau laser et des moyens de convoyage 3, tel que chemin optique à miroirs de renvoi ou fibre optique, permettent d'acheminer le faisceau depuis la source 1 jusqu'à une tête de coupage 2. The problem is therefore to propose a laser beam cutting method which does not have the abovementioned drawbacks, in particular a cutting method whose priming step (s) can be executed off sheet metal, that is to say without the sheet or material to be cut is located opposite the cutting nozzle at the time of cutting initiation. The solution of the invention is then a method of laser beam cutting of a metallic material by means of a cutting head provided with a nozzle with an outlet orifice through which a laser beam passes, in which one proceeds according to the steps of: a) positioning the outlet orifice of the nozzle equipping the cutting head above the material to be cut, at a height (H) determined b) moving the cutting head in a movement away from the material to be cut, in particular translation, rotation, or a combination of both, until the orifice of the nozzle is no longer located opposite the material to be cut, while maintaining said cutting head at said determined height (H) and / or by memorizing the height (H), preferably by means of a control device such as a CNC numerical control, c) starting a cut by passing at least one laser beam through the nozzle orifice when, in step b), said nozzle orifice is no longer located opposite the material to be cut, and d) moving the cutting head, after initiation of step c), in a movement approaching the material to be cut, in particular translational, rotational movement, or a combination of both, while maintaining said cutting head at said height (H), i.e. along a path tangent to the profile of the material to cut, ie its surface, and to start cutting by means of the laser beam and the assist gas at the edge of said material. As the case may be, the method of the invention may comprise one or more of the following features: it comprises an additional step e) to continue the displacement of the cutting head from said edge within the material, thus making a bleed of cutting in said material according to all or part of a determined cutting path, - it comprises an additional step f) to stop the displacement of step e) when at least one piece of desired shape has been cut according to said given cutting path. in step e), the displacement of the cutting head is carried out while maintaining a positioning of the outlet orifice of the nozzle at the height H above the material to be cut. in step a) or in step e), the positioning or the holding in position of the outlet orifice of the nozzle at the height H above the material to be cut is realized by means of a device of probe. in step e), the position of the outlet orifice of the nozzle at the height H above the material to be cut is adjusted according to one or more measurements made by the probing device during the movement of the the head carrying the nozzle along the cutting path. in step e), the position of the outlet orifice of the nozzle at the height H is adjusted by moving the head carrying the nozzle towards or away from the upper surface of the material. in step c) and during steps d) and e), the nozzle further delivers a helper gas for the laser beam. - In step f), stopping the delivery of the beam and the assist gas through the nozzle. in step e), the cutting head is first displaced with a cutting groove of given length L, from said edge within the material to a point on the cutting path corresponding to the contour of the workpiece, then continues to move the cutting head by continuing said cutting groove along the predefined cutting path to one or more pieces of predetermined shape. The material to be cut is a plate, a flat or stamped sheet, a tube or more generally a metal section. the metal material to be cut is carbon steel, stainless steel, aluminum, copper or one of their alloys. the laser beam is generated by a COz type laser, with ytterbium doped fibers 25 or the like, with a solid bar or with an Nd: YAG disc. - the assist gas contains oxygen, nitrogen, argon, hydrogen, COz, helium, air or a mixture of several of these gases in varying proportions depending on the type of applications. - The height (H) is between 0.2 mm and 50 mm, typically of the order of 0.5 to 3 mm. The present invention will now be explained in greater detail with reference to the appended illustrative figures in which: - Figures 1 to 11 illustrate the cutting method according to the invention, and - Figure 12 is a diagram of a laser cutting machine usable for an implementation of the cutting method according to the invention. Figure 12 shows a laser cutting machine 11 comprising a support frame 4 placed or fixed on the ground, provided with a beam 7 movable relative to a table 8 carrying a sheet 10 to be cut. A laser source 1, for example of the COz gas type, solid Nd: YAG bar, ytterbium fiber or erbium fiber, or Nd: YAG disk, makes it possible to generate a laser beam and conveying means 3 , such as an optical path with reflecting mirrors or optical fiber, make it possible to route the beam from the source 1 to a cutting head 2.

La tête de coupage 2 comprend en général des moyens de focalisation de faisceau (non montrés), tels une ou plusieurs lentilles et/ou miroirs, permettant de focaliser le faisceau laser en un ou plusieurs points de focalisation généralement situés sur au dessus ou dans l'épaisseur de la tôle 10 à couper, par exemple une tôle d'acier, d'acier inoxydable, d'aluminium, de cuivre ou d'un de ses alliages, de titane ou autre métal. The cutting head 2 generally comprises beam focusing means (not shown), such as one or more lenses and / or mirrors, for focusing the laser beam at one or more focusing points generally located on the top or in the the thickness of the sheet 10 to be cut, for example a sheet of steel, stainless steel, aluminum, copper or one of its alloys, titanium or other metal.

Par ailleurs, la tête de coupage comporte aussi une buse 5 munie d'un orifice situé en regard de la tôle 10 à découper, par lequel passe le faisceau laser focalisé ainsi qu'un gaz ou un mélange gazeux sous pression, par exemple entre 0.2 et 30 bar, appelé communément gaz d'assistance provenant d'une ou plusieurs sources de gaz, telle une bouteille de gaz 9 ou un mélangeur de gaz. Furthermore, the cutting head also comprises a nozzle 5 provided with an orifice located facing the sheet 10 to be cut, through which the focused laser beam passes and a gas or a gaseous mixture under pressure, for example between 0.2 and 30 bar, commonly referred to as assist gas from one or more gas sources, such as a gas cylinder 9 or a gas mixer.

Ce gaz est introduit dans la buse 5 et sert à expulser hors de la saignée de coupe le métal fondu par le faisceau laser qui a typiquement une puissance de 0,5 à 20 kW. Afin de pouvoir découper des pièces de contour prédéfini, par exemple des pièces de même forme ou de formes différentes, au sein d'une même tôle 10, la tête laser 2 se déplace sur la poutre 7 qui la supporte et la poutre 7 elle-même se déplace par rapport à la tôle 10 situé en regard de la tête laser 2 sur la table support 8. Les déplacements de ces divers éléments se fait de manière classique au moyen d'actuateurs motorisés ou analogues. Des moyens de pilotage 12 ou de commande de la machine 11 de coupage, telle une commande à contrôle numérique ou CNC, permettent de contrôler les déplacements de la tête 2 de coupe, de la poutre 7, l'envoi du gaz, la source 1 de génération du faisceau laser, etc.... Ces moyens de pilotage 12 comprennent habituellement un logiciel ou analogue au sein duquel est mémorisée ou fixée la distance L entre le bord de tôle 20 et le bord 21 de la (ou des) pièce à couper au sein de ladite tôle 10, comme illustré en Figure 1, ainsi que la largeur de coupe, c'est-à-dire la largeur de la saignée obtenue par fusion et expulsion du matériau fondu sous l'effet combiné du faisceau laser et du gaz d'assistance. Le but est toutefois de pouvoir mesurer la hauteur H à laquelle doit s'effectuer la coupe et de pouvoir ensuite la mémoriser de manière à pouvoir assurer une qualité de coupe optimale et constante. Or, pour obtenir une mesure correcte et efficace, cette mesure de hauteur H ne peut se faire qu'au niveau de la pièce 10 à couper, donc à une distance L du bord de tôle, c'est-à-dire une distance L supérieure à la largeur entre bord 20 de tôle et la pièce 21 à couper ou du moins à une distance L nécessaire et suffisante à l'affranchissement du capteur de hauteur vis-à-vis des effets de bords pouvant perturber la mesure de hauteur H . This gas is introduced into the nozzle 5 and serves to expel out of the cutting groove the molten metal by the laser beam which typically has a power of 0.5 to 20 kW. In order to be able to cut out predefined contour parts, for example parts of the same shape or of different shapes, within the same sheet 10, the laser head 2 moves on the beam 7 which supports it and the beam 7 itself. same moves relative to the sheet 10 located opposite the laser head 2 on the support table 8. The movement of these various elements is conventionally by means of motorized actuators or the like. Control means 12 or control of the cutting machine 11, such as a CNC or numerical control, make it possible to control the movements of the cutting head 2, of the beam 7, the sending of the gas, the source 1 for generating the laser beam, etc .... These control means 12 usually comprise a software or the like in which the distance L between the sheet edge 20 and the edge 21 of the (or the) part to be stored or fixed is fixed or fixed. cut in said sheet 10, as illustrated in Figure 1, and the cutting width, that is to say the width of the groove obtained by melting and expulsion of the molten material under the combined effect of the laser beam and assist gas. However, the goal is to be able to measure the height H to be cut and then memorize it in order to ensure optimum and consistent cutting quality. However, in order to obtain a correct and effective measurement, this measurement of height H can only be done at the level of the part 10 to be cut, therefore at a distance L from the sheet edge, that is to say a distance L greater than the width between the edge 20 of sheet metal and the part 21 to be cut or at least at a distance L necessary and sufficient to the frankness of the height sensor vis-à-vis edge effects that can disturb the height measurement H.

Ensuite, pendant le processus de coupe, le maintien de cette hauteur H est primordial pour pouvoir assurer une découpe de bonne qualité tout au long de la trajectoire de coupe, c'est-à-dire du contour de la pièce à couper. Un contrôle automatique de hauteur est donc indispensable et opéré en général par 5 un système de palpage. Le problème est qu'en opérant un amorçage de coupe à la hauteur H désirée, directement sur le contour 21 de la pièce à découper, c'est-à-dire à la distance L du bord comme montré en Figure 1, il se produit inévitablement un défaut de coupe car le diamètre du trou de perçage est toujours plus grand que la largeur de la saignée de coupe. Ce défaut 10 de coupe conduit à mettre la pièce découpée au rebus ou au minimum oblige à réaliser des opérations de parachèvement fastidieuses et coûteuses, tel un meulage ou analogue. Le procédé de la présente invention permet de résoudre ce problème. Les Figures 1 à 11 illustrent le principe d'un procédé d'amorçage hors bord de tôle selon l'invention avec prise de référence de hauteur préalable mais sans gestion anti-15 collision pour fine épaisseur. Pour ce faire, on procède d'abord en un positionnement de la tête 2 de coupe, donc de l'orifice 5a de sortie de la buse 5 équipant la tête de coupe, au dessus du matériau 10 à couper, à une hauteur (H) déterminée, comme montré en Figure 2. Cette étape est commandée par une sous-routine spécifique du logiciel de commande 20 où sont mémorisés les paramètres de coupe, en particulier la position d'amorçage (haut/bas, gauche/droite) et la distance L de départ de coupe de façon à ce que cette méthode soit indépendante du logiciel de programmation hors ligne (en dehors de la machine). Dans cette étape, l'outil de coupe, c'est-à-dire la tête 2 avec buse 5, est déplacé au dessus de la surface supérieure 10a de la tôle 10 à couper, c'est-à-dire vers l'intérieur de la 25 tôle, et mis à la hauteur H adéquate correspondant à la valeur contenue de hauteur dans la base de donnée du logiciel, laquelle est fixée en fonction notamment de la matière (acier, inox, aluminium, cuivre...) à couper et de l'épaisseur à couper. La mise à la hauteur H désirée est opérée en modifiant la distance buse 2/tôle 10 selon l'axe vertical, du moins orthogonale à la surface à couper ou axe Z, comme illustré en Figure 2. Ensuite, le 30 mouvement de l'axe Z vertical est gelé afin de conserver constante la hauteur H enregistrée. Cet ajustement en hauteur se fait de manière classique au moyen d'un dispositif de palpage comme par exemple un capteur capacitif. Selon une deuxième étape illustrée en Figure 3, est alors opéré un déplacement de la tête de coupe 2, 5 selon un mouvement de translation (flèche Fl) en éloignement par rapport 35 au matériau à couper jusqu'à ce que l'orifice de la buse ne soit plus situé en regard du matériau à couper. Pendant ce déplacement, la tête de coupe, donc la buse 5, est constamment maintenue à ladite hauteur H fixée, alors que le dispositif de palpage est désactivé. Then, during the cutting process, the maintenance of this height H is essential to ensure a good quality cutting along the cutting path, that is to say, the contour of the workpiece. Automatic height control is therefore indispensable and generally operated by a probing system. The problem is that by operating a cutting initiation at the desired height H, directly on the contour 21 of the piece to be cut, that is to say at the distance L of the edge as shown in FIG. inevitably a cutting defect because the diameter of the drilling hole is always greater than the width of the cutting groove. This cutting defect leads to scraping the cut piece or at least obliges it to perform fastidious and expensive finishing operations, such as grinding or the like. The method of the present invention solves this problem. Figures 1 to 11 illustrate the principle of an outboard edge priming method according to the invention with reference height reference beforehand without anti-collision management for thin thickness. To do this, it proceeds first of all in a positioning of the cutting head 2, therefore of the outlet orifice 5a of the nozzle 5 equipping the cutting head, above the material 10 to be cut, at a height (H ) is determined as shown in FIG. 2. This step is controlled by a specific subroutine of the control software 20 in which the cutting parameters, in particular the starting position (up / down, left / right) and the starting position, are stored. cutting starting distance L so that this method is independent of the offline programming software (outside the machine). In this step, the cutting tool, that is to say the head 2 with nozzle 5, is moved above the upper surface 10a of the sheet 10 to be cut, that is to say towards the inside the sheet, and set to the appropriate height H corresponding to the value contained in the height of the software database, which is fixed in particular according to the material (steel, stainless steel, aluminum, copper, etc.) to cut and thickness to cut. The desired height H is made by modifying the nozzle distance 2 / sheet 10 along the vertical axis, at least orthogonal to the surface to be cut or Z axis, as illustrated in FIG. 2. Then, the movement of the Vertical Z axis is frozen to keep the recorded H height constant. This height adjustment is done in a conventional manner by means of a probing device such as a capacitive sensor. According to a second step illustrated in FIG. 3, displacement of the cutting head 2, 5 is then effected in a translation movement (arrow F1) away from the material to be cut until the orifice of the nozzle is no longer located next to the material to be cut. During this movement, the cutting head, and therefore the nozzle 5, is constantly maintained at said fixed height H, while the probing device is deactivated.

Dit autrement, le déplacement (flèche Fl) se fait selon les axes X et/ou Y et vers l'extérieur de la tôle, à une vitesse rapide, typiquement de l'ordre de 100 m/min, vers un point P dans le plan X-Y située à une distance L' paramétrée, par exemple à environ 10 mm du bord de tôle, et mémorisée dans le logiciel de commande, comme illustré en Figure 3. In other words, the displacement (arrow F1) is along the X and / or Y axes and towards the outside of the sheet, at a fast speed, typically of the order of 100 m / min, towards a point P in the XY plane located at a distance L parameterized, for example about 10 mm from the sheet edge, and stored in the control software, as shown in Figure 3.

Les distances L et L' schématisées sur les Figures 1 à 11 peuvent être égales ou différentes ; ces paramètres de distance sont fixés et mémorisés au sein des moyens de commande et de pilotage de la machine. Une étape d'amorçage de coupe hors tôle peut alors commencer, comme représenté en Figures 4 et 5. Durant cet amorçage, on procède à « l'allumage » du procédé, le coupage peut alors commencer, c'est-à-dire à l'activation du générateur laser 1 et à l'envoi des gaz dans la buse 5 de la tête de coupe 2 (Fig. 4), suivi de la mise en mouvement (flèche F2) de la tête 2 en direction de la tôle 10 à couper (Fig. 5). En fait, l'allumage conduit à faire passer le faisceau laser 30 et du gaz d'assistance au travers de l'orifice 5a de buse 5, lorsque ledit orifice 5a de buse n'est toujours situé hors tôle 10, c'est-à-dire qu'il n'est pas en regard du matériau 10 à couper mais situé à la distance L'. Durant cette étape d'amorçage, la hauteur H est toujours conservée alors que s'opère le déplacement de la tête de coupe selon un mouvement de translation (flèche F2) en rapprochement par rapport au bord 20 de la tôle à couper, c'est-à-dire sur la distance L', comme montré en Figure 5. Le début de découpe de la tôle s'effectue donc au niveau du bord 20 de tôle et à la hauteur déterminée (H) souhaitée et peut alors se poursuivre à partir du bord 20 de la tôle 10 jusqu'au contour (point O) de la ou des pièces à couper situé à la distance L dudit bord 20 de tôle, comme illustré en Figure 6. Dit autrement, la coupe laser est alors réalisée à hauteur H constante sans asservissement et ce, jusqu'au point O situé à la distance L situé à l'intérieur de la tôle 10. A partir de ce point O, afin de garantir une qualité de coupe optimale tout au long de la découpe (flèche F3) du contour 21 de pièce, il est recommandé de réactiver le système de palpage, comme illustré en Figure 7, de manière à s'assurer que la hauteur H est bien toujours respectée, malgré d'éventuelles légères variations d'épaisseur de la tôle coupée ou variations inopinées de la distance buse/tôle. En procédant selon le procédé de l'invention, l'amorçage se faisant hors de la tôle 10 à la hauteur H souhaitée, la découpe du ou des contours de pièces à partir du point O se fait sans surfusion localisée (au point O) et la saignée présente donc une largeur égale et régulière tout au long de la coupe. Par ailleurs, la gestion de fin de découpe avec sortie en bord de tôle, on procède de façon inverse par rapport à la séquence d'amorçage précédente, comme illustré sur les Figures 8 à 11. The distances L and L 'shown diagrammatically in FIGS. 1 to 11 may be equal or different; these distance parameters are fixed and stored within the control and control means of the machine. An out-of-plate cutting priming step can then begin, as shown in FIGS. 4 and 5. During this priming, the process is "switched on", the cutting can then begin, that is to say at the activation of the laser generator 1 and the sending of the gases in the nozzle 5 of the cutting head 2 (FIG 4), followed by the setting in motion (arrow F 2) of the head 2 in the direction of the sheet 10 to cut (Fig. 5). In fact, the ignition leads to the laser beam 30 and assist gas passing through the nozzle orifice 5a 5, when said nozzle orifice 5a is still located off the plate 10, that is, that is to say, it is not facing the material 10 to cut but located at the distance L '. During this priming step, the height H is always maintained while the displacement of the cutting head is effected in a translational movement (arrow F2) towards the edge 20 of the sheet to be cut. on the distance L ', as shown in FIG. 5. The beginning of cutting of the sheet is thus carried out at the edge 20 of sheet metal and at the determined height (H) desired and can then continue from from the edge 20 of the sheet 10 to the contour (point O) of the part or parts to be cut located at the distance L from said sheet edge 20, as illustrated in FIG. 6. In other words, the laser cut is then made at a height H constant without servo and up to the point O located at the distance L located inside the sheet 10. From this point O, to ensure optimum cutting quality throughout the cutting (arrow F3) of the workpiece contour 21, it is recommended to reactivate the probing system, com illustrated in Figure 7, so as to ensure that the height H is always respected, despite any slight variations in the thickness of the cut sheet or unintentional variations in the distance nozzle / sheet. By proceeding according to the method of the invention, the priming being outside the sheet 10 at the desired height H, the cutting of the contours of parts from point O is done without localized supercooling (point O) and the bleeding thus has an equal and regular width throughout the cut. Furthermore, the end-of-cut management with exit at the edge of the sheet is reversed in relation to the preceding priming sequence, as illustrated in FIGS. 8 to 11.

Tout d'abord, pendant son déplacement (flèche F4) mais avant d'arriver au point d'intersection du contour de coupe et du bord de tôle 20, lorsque l'outil 2, 5 de coupe est à une distance L du bord, le palpage est bloqué et l'axe Z gelé, de sorte de ne pas subir les effets de bord du capteur électronique de hauteur H, comme montré en Figure 8. First, during its displacement (arrow F4) but before reaching the point of intersection of the cutting contour and the sheet edge 20, when the cutting tool 2, 5 is at a distance L from the edge, the probing is blocked and the Z axis frozen, so as not to suffer the edge effects of the electronic height sensor H, as shown in Figure 8.

La tête 2, 5 se déplace alors des distances L et L'vers l'extérieur de la tôle 10 (flèche F5) avec une hauteur H constante ( Figure 9) et ce, jusqu'à atteindre le bord de tôle où le faisceau cesse d'impacter la tôle (Figure 10). Le processus d'usinage est alors stoppé, c'est-à-dire que l'émission du faisceau laser 30 est arrêtée et l'envoi des gaz dans la buse 5 est interrompu, à la distance L', comme schématisé en Figure 11. Il est à noter que pour les tôles 10 dont l'épaisseur est inférieure à un seuil donné, par exemple 2 mm, on appliquera, en plus des étapes précédentes, des ajustements ou étapes complémentaires visant à éviter certains problèmes spécifiques engendrés parfois lors de la découpe de fines épaisseurs. The head 2, 5 then moves distances L and L'towards the outside of the sheet 10 (arrow F5) with a constant height H (FIG. 9) and this, until reaching the edge of the sheet where the beam ceases to impact the sheet (Figure 10). The machining process is then stopped, that is to say that the emission of the laser beam 30 is stopped and the sending of the gases in the nozzle 5 is interrupted, at the distance L ', as shown diagrammatically in FIG. It should be noted that for sheets 10 whose thickness is less than a given threshold, for example 2 mm, in addition to the preceding steps, additional adjustments or steps will be applied in order to avoid certain specific problems generated sometimes during the cutting of thin layers.

Par exemple : - Emploi d'une sous-routine d'amorçage en bord de tôle spécifique avec une qualité de coupe particulière pour avoir une remontée de tête plus importante au bord de tôle, c'est-à-dire en entrée de coupe. La qualité de coupe paramétrée ici contient des paramètres modifiés en hauteur, pression de gaz et vitesse, notamment de façon à éviter toute variation de hauteur induite par le soufflage de gaz sous pression lors du passage de la buse au dessus du bord. - Passage à la qualité de coupe standard après le bord de la tôle, c'est-à-dire après la distance L à l'intérieur de la tôle. - Coupage du soufflage en sortie bord de tôle pour éviter le phénomène de Venturi. For example: - Use of a priming subroutine at the edge of specific sheet with a particular quality of cut to have a greater head rise at the edge of the sheet, that is to say at the cutting inlet. The cutting quality parameterized here contains parameters modified in height, gas pressure and speed, in particular so as to avoid any variation in height induced by the blowing of gas under pressure during the passage of the nozzle over the edge. - Change to the standard cutting quality after the edge of the sheet, that is to say after the distance L inside the sheet. - Cutting of the blow-out at the edge of the sheet to avoid the Venturi phenomenon.

En effet, lors de la découpe d'une tôle de fine épaisseur non bridée, la vitesse de coupe étant habituellement supérieure à 5 m/min, c'est-à-dire typiquement de l'ordre de 10 à 50 m/min, le poids de la tôle étant faible, c'est-à-dire de l'ordre de 0.3 à15 kg/m2, et la distance H buse/tôle étant également faible, typiquement de l'ordre de 0.8 mm, un phénomène d'aspiration, par effet Venturi, de la tôle par la tête 2 et la buse 5 de coupe, lors de son déplacement d'amorçage crée des collisions destructrices entre la buse et la tôle Il est donc nécessaire, lors d'amorçages hors bord de tôle appliqués sur des tôles de fines épaisseurs, de remonter l'outil de coupe d'une hauteur suffisante pour éviter ces problèmes et de diminuer ponctuellement la vitesse de coupe ainsi que la pression du gaz d'assistance. Indeed, when cutting a sheet of thin non-flanged thickness, the cutting speed is usually greater than 5 m / min, that is to say typically of the order of 10 to 50 m / min, the weight of the sheet being low, that is to say of the order of 0.3 to 15 kg / m 2, and the distance H nozzle / sheet is also low, typically of the order of 0.8 mm, a phenomenon of suction, by the Venturi effect, of the sheet by the head 2 and the cutting nozzle 5, during its priming displacement creates destructive collisions between the nozzle and the sheet It is therefore necessary, during out-of-the-sheet priming applied on sheets of thin thicknesses, up the cutting tool of sufficient height to avoid these problems and to reduce the cutting speed and the pressure of the assist gas.

Le procédé de l'invention est particulièrement adapté à la découpe de tôles en acier au carbone ou inoxydable d'épaisseurs comprises entre 0.1 et 2 mm. The method of the invention is particularly suitable for cutting carbon or stainless steel sheets with thicknesses between 0.1 and 2 mm.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of laser cutting (30) of a metallic material (10) by means of a cutting head (2) provided with a nozzle (5) with an outlet (5a), in which is carried out according to the steps of: a) positioning the outlet orifice (5a) of the nozzle (5) equipping the cutting head (2) above the material (10) to be cut, at a determined height (H), b) moving the cutting head (2, 5) in a movement away from the material (10) to be cut until the orifice (5a) of the nozzle (2) is no longer located opposite the material to be cut. (10), while maintaining said cutting head (2, 5) at said determined height (H) and / or storing the height (H), c) initiating a cut by passing at least one laser beam (30) through the nozzle orifice (5a) when, subsequent to step b), said nozzle orifice (5a) is no longer located opposite the material to be cut (10), and d) moving the nozzle head cutting (2, 5) after priming e step c), in a movement approaching the material (10) to cut, while maintaining said cutting head (2, 5) at said height (H), and start cutting with the laser beam (30) at the edge (20) of said material (10).

2. Method according to the preceding claim, characterized in that it comprises an additional step e) of: e) continue the displacement of the cutting head (2, 5) from said edge (20) within the material (10) thus realizing a cutting groove in said material (10) according to all or part of a determined cutting path.

3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an additional step f) of: f) stop the displacement of step e) when at least one piece of desired shape has been cut according to said given cutting path.

4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step e), the displacement of the cutting head (2,

5) is operated while maintaining a positioning of the outlet orifice (5a) of the nozzle at the height (H) determined above the material to be cut (10). 5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step a) or in step e), the positioning or the holding in position of the orifice (5a) of the outlet of the nozzle ( 5) at the height (H) determined above the material (10) to be cut is performed by means of a probing device.

6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step e), the position of the outlet orifice (5a) of the nozzle at the height (H) determined above the material to be cut. (10) is adjusted according to one or more measurements made by the probing device during the displacement of the head (2) carrying the nozzle (5) along the cutting path.

7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step e), the position of the outlet orifice (5a) of the nozzle at the height (H) determined is adjusted by displacement of the head (2) carrying the nozzle (5) towards or away from the upper surface (10a) of the material (10) to be cut.

8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step c) and during steps d) and e), the nozzle (2) further delivers a laser beam assist gas (30). ).

9. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step f), stopping the delivery of the beam (30) and the assist gas through the nozzle.

10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step e), it proceeds first to a displacement of the head (2) of cutting with the realization of a length of cutting kerf ( L) given from said edge (20) within the material (10) to a point (0) located on the cutting path corresponding to the contour of the workpiece, and then the head (2) is continued. cutting by continuing said cutting groove along the predefined cutting path to one or more pieces of predetermined shape.

11. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material (10) to be cut is a plate, a flat sheet or stamped, a tube or a metal profile.

12. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal material (10) to be cut is carbon steel, stainless steel, aluminum, copper or one of their alloys.

13. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser beam (30) is generated by a laser source (1) of type COz, fiber, Nd: YAG or disk.

14. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the helper gas contains oxygen, nitrogen, argon, hydrogen, COz, helium, air or a mixture of several of these gases.

15. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the height (H) is between 0.2 and 50 mm, typically of the order of 0.5 to 1.5 mm.