IT202100006938A1

IT202100006938A1 - Dispositivo al laser per la lavorazione di metalli e apparecchiatura comprendente tale dispositivo

Info

Publication number: IT202100006938A1
Application number: IT102021000006938A
Authority: IT
Inventors: Marco Leder
Original assignee: Marco Leder
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-09-26

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale avente titolo ?DISPOSITIVO AL LASER PER LA LAVORAZIONE DI METALLI E APPARECCHIATURA COMPRENDENTE TALE DISPOSITIVO?

CAMPO TECNICO DELL?INVENZIONE

La presente invenzione ? relativa alla realizzazione di una apparecchiatura al laser impiegata per la lavorazione dei metalli.

In particolare, la presente invenzione ? relativa ad una apparecchiatura al laser di tipo manuale impiegata per la lavorazione dei metalli, preferibilmente per il taglio e la saldatura dei metalli.

DESCRIZIONE DELLO STATO DELLA TECNICA

E noto l?impiego di tecnologie laser per la lavorazione dei metalli. Tali trattamenti consistono tipicamente nel taglio o la saldatura di tali materiali metallici.

Come noto, tali trattamenti sono definiti da processi termici che usano un raggio laser come fonte di calore, preferibilmente concentrato con lenti per raggiungere densit? di potenza superiore.

Nel taglio laser, ad esempio, il raggio colpisce la superficie del materiale e lo riscalda al punto da fonderlo o da vaporizzarlo completamente. Contemporaneamente un flusso di gas, ad esempio un gas inerte o ossigeno, coassiale al fascio laser produce una spinta fluidodinamica in modo tale da allontanare il materiale fuso e generare di fatto il solco di taglio.

Secondo la tecnica nota, la lavorazione dei metalli con tecnica laser prevede l?impiego di apposite macchine provviste di una testa di operativa, o testa di taglio, cui ? associato un sistema di movimentazione a due o pi? assi, ad esempio tipo pantografo o braccio antropomorfo robotizzato, che movimentano il fascio laser lungo un percorso desiderato. Tali macchine sono poi opportunamente equipaggiate con una struttura schermata di protezione per evitare che il raggio laser possa sfuggire al controllo e causare incidenti all?ambiente esterno e/o eventuali operatori in loco.

In considerazione delle potenze in gioco e della potenziale pericolosit? del fascio laser nei confronti degli operatori, le lavorazioni al laser sono esclusivamente implementate all?interno di macchine automatizzate con elevato grado di protezione e/o controllo che consentono la messa in sicurezza degli ambienti circostanti e/o degli operatori.

Un inconveniente dei sistemi di tipo noto ? costituito pertanto dal fatto che l?utilizzo di tecnologia laser avviene in modo esclusivo in sistemi automatizzati in grado di garantire la sicurezza necessaria.

? scopo della presente invenzione quello di proporre una soluzione che consenta di aumentare il livello di sicurezza nell?impiego di tecnologie laser per la lavorazione dei metalli.

? un altro scopo della presente invenzione implementare una soluzione che consenta l?impiego di tecnologie laser per la lavorazione dei metalli anche manualmente da parte di un operatore.

SOMMARIO DELLA PRESENTE INVENZIONE

Il concetto generale su cui si basa la presente invenzione ? stato sviluppato partendo dall?idea di realizzare un dispositivo al laser per la lavorazione di metalli provvisto di mezzi sensori della presenza di metallo lungo la direzione di emissione del fascio laser.

In un suo primo aspetto la presente invenzione si riferisce, pertanto, ad un dispositivo al laser per la lavorazione di metalli del tipo comprendente:

- una unit? di emissione di un fascio laser lungo una direzione principale di emissione;

- mezzi di consenso per l?attivazione di detta unit? di emissione;

in cui tale dispositivo comprende mezzi sensori atti a rilevare la presenza di materiale metallico lungo detta direzione principale di emissione, detti mezzi sensori essendo atti ad interagire con detti mezzi di consenso per attivare detta unit? di emissione.

In una preferita forma realizzativa, i mezzi sensori sono associati all?unit? di emissione.

Preferibilmente, i mezzi di consenso comprendono un interruttore principale atto ad essere disposto tra una unit? di alimentazione elettrica e l?unit? di emissione, detto interruttore principale essendo comandato per la sua chiusura dai mezzi sensori quando i mezzi sensori rilevano il materiale metallico.

Secondo una preferita forma realizzativa, l?interruttore principale ? comandato per la sua chiusura dai mezzi sensori quando il materiale metallico ? ad una distanza inferiore ad una predeterminata distanza.

In una preferita forma realizzativa, l?interruttore principale ? comandato per la sua chiusura dai mezzi sensori quando i mezzi sensori rilevano il materiale metallico ad una distanza inferiore ad una predeterminata distanza.

Preferibilmente, i mezzi sensori comprendono uno o pi? tra i sensori del gruppo comprendente: un sensore ad ultrasuoni, un sensore induttivo, un sensore capacitivo, un sensore radar, un metal detector.

Secondo una preferita forma realizzativa, i mezzi di consenso comprendono un secondo interruttore di consenso disposto in serie all?interruttore principale, detto secondo interruttore essendo comandato per la sua chiusura da almeno un pulsante associato al dispositivo ed azionabile manualmente da un operatore.

In una preferita forma realizzativa, i mezzi di consenso comprendono un interruttore di sicurezza disposto in serie all?interruttore principale, detto interruttore di sicurezza essendo comandato per la sua chiusura da un circuito di sicurezza atto a rilevare la continuit? elettrica tra l?unit? di emissione ed il materiale metallico quando l?unit? di emissione ? posta in contatto con il materiale metallico.

Preferibilmente, l?unit? di emissione ? ricevuta in un corpo principale impugnabile da un operatore.

In un suo secondo aspetto la presente invenzione si riferisce ad una apparecchiatura al laser per la lavorazione di metalli del tipo comprendente:

- un dispositivo al laser per l?emissione di un fascio laser lungo una direzione principale di emissione;

- una unit? di alimentazione elettrica per detto dispositivo al laser;

in cui detto dispositivo al laser ? realizzato secondo quanto descritto sopra.

Secondo una preferita forma realizzativa, l?apparecchiatura comprende, inoltre, una unit? di alimentazione di un gas per il dispositivo al laser, preferibilmente un gas inerte o ossigeno.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Ulteriori vantaggi, obiettivi e caratteristiche della presente invenzione sono definiti nelle rivendicazioni e saranno chiariti nel seguito per mezzo della descrizione seguente, nella quale ? fatto riferimento alle tavole di disegno allegate. In particolare, nelle figure:

la figura 1 mostra una vista schematica di una apparecchiatura equipaggiata con un dispositivo al laser secondo una preferita forma realizzativa della presente invenzione;

- la figura 2 rappresenta una particolare condizione operativa dell?apparecchiatura al laser di figura 1 ;

- la figura 3 rappresenta una vista schematica funzionale dell?apparecchiatura al laser di figura 1 ;

- la figura 4 rappresenta una prima variante realizzativa dell?apparecchiatura al laser di figura 3;

- la figura 5 rappresenta una seconda variante realizzativa deH?apparecchiatura al laser di figura 3.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLA PRESENTE

INVENZIONE

Nonostante la presente invenzione venga descritta nel seguito con riferimento a sue forme di realizzazione rappresentate nelle tavole di disegno, la presente invenzione non ? limitata alle specifiche forme di realizzazione descritte nel seguito e rappresentate nelle tavole. Al contrario, le forme di realizzazione descritte e rappresentate chiariscono alcuni aspetti della presente invenzione, lo scopo della quale ? definito dalle rivendicazioni.

La presente invenzione si ? rivelata particolarmente vantaggiosa con riferimento alla realizzazione di una apparecchiatura di taglio al laser di materiali metallici maneggiabile da un operatore. Va comunque puntualizzato che la presente invenzione non ? limitata alla realizzazione di apparecchiature di tale tipo. Al contrario, la presente invenzione trova conveniente applicazione in tutti i casi che prevedono l?impiego di un fascio laser per il trattamento di materiali metallici, come ad esempio la saldatura al laser per materiali metallici.

In Figura 1 ? mostrata schematicamente una apparecchiatura al laser 1 per la lavorazione di metalli M secondo una preferita forma di realizzazione dell?invenzione.

L?apparecchiatura al laser 1 ? altres? equipaggiata con un dispositivo al laser 10 secondo una preferita forma di realizzazione dell?invenzione,

Il dispositivo 10 comprende, innanzitutto, una unit? di emissione 12 di un fascio laser 14 lungo una direzione principale di emissione D.

Secondo la forma realizzativa illustrata, l?unit? di emissione 12 ? preferibilmente ricevuta in un corpo principale 20 per essere maneggiabile agevolmente da un operatore. Pertanto, da qui in avanti, il dispositivo al laser 10 sar? indicato anche col termine ?manipolo?. L?unit? di emissione 12 comprende, preferibilmente, la componentistica atta a generare il fascio laser 14, di per s? di tipo noto e per tale motivo non descritte nel dettaglio in seguito.

Per la generazione del fascio laser 14 il manipolo 10 ? preferibilmente alimentato da una unit? di alimentazione elettrica 4, o generatore 4.

Il generatore 4 ? deputato aH?alimentazione dell?unit? di emissione 12 per la generazione del fascio laser 14.

Secondo un aspetto della presente invenzione, descritta nel dettaglio in seguito, il manipolo 10 comprende preferibilmente mezzi di consenso 24 per l?attivazione dell?unit? di emissione 12 e la generazione del fascio laser 14.

Per semplicit? espositiva, nelle figure i mezzi di consenso 24 sono mostrati come una unit? a se stante disposta lungo la linea di alimentazione (cavi di alimentazione ?+? e ?-?) che collega il generatore 4 al manipolo 10.

Nella realizzazione pratica, tali mezzi di consenso 24 potranno essere effettivamente disposti secondo tale configurazione mentre in differenti forme realizzative preferite, non mostrate, tali mezzi di consenso 24 potranno essere posizionati, in tutto o in parte, all?interno del manipolo 10 e/o all?interno del generatore 4.

Secondo un aspetto della presente invenzione, il manipolo 10 comprende mezzi sensori 50 atti a rilevare la presenza di materiale metallico lungo la direzione principale di emissione D, in cui tali mezzi sensori 50 interagiscono con i mezzi di consenso 24 per attivare l?unit? di emissione 12 e la conseguente generazione del fascio laser 14.

In una preferita forma realizzativa, i mezzi sensori 50 sono associati all?unit? di emissione 12.

Come mostrato in fig. 1 , che illustra una possibile modalit? di funzionamento dell?apparecchiatura 1, qualora i mezzi sensori 50 rilevino la presenza del metallo M lungo la direzione principale di emissione D prevista, i mezzi sensori 50 interagiscono con i mezzi di consenso 24 per consentire l?alimentazione del manipolo 10 e la conseguente generazione del fascio laser 14 che colpisce il metallo M.

Al contrario, in caso di modalit? di funzionamento indesiderata dell?apparecchiatura 1, qualora i mezzi sensori 50 non rilevino la presenza del metallo M lungo la direzione principale di emissione D prevista, i mezzi sensori 50 interagiscono con i mezzi di consenso 24 per inibire l?alimentazione del manipolo 10 ed inibire la conseguente generazione del fascio laser 14. Ad esempio, come mostrato in fig. 2, qualora il manipolo 10 venga inavvertitamente rivolto verso l?operatore O, i mezzi sensori 50 non rilevano la presenza del metallo M lungo la direzione principale di emissione D e pertanto il manipolo 10 non viene alimentato e la generazione del fascio laser 14 ? inibita.

Vantaggiosamente, viene garantita la sicurezza dell?operatore O che maneggia il manipolo 10.

Preferibilmente, i mezzi sensori 50 comprendono un sensore ad ultrasuoni.

In varianti realizzative potranno essere previsti mezzi sensori di tipo diverso, ad esempio un sensore induttivo, un sensore capacitivo, un sensore radar, un metal detector.

Preferibilmente, i mezzi sensori sono conformati per rilevare la presenza del metallo quando lo stesso viene a trovarsi ad una distanza inferiore ad una predeterminata/prefissata distanza.

Vantaggiosamente, la generazione del fascio laser 14 secondo quanto descritto sopra avviene solo quando il manipolo 10 ? avvicinato al metallo ad una distanza inferiore ad una predeterminata distanza.

In una variante realizzativa, preferibilmente, i mezzi sensori sono conformati per rilevare la presenza del metallo e per fornire inoltre all?unit? di emissione un segnale che indica la distanza del metallo dal manipolo. Sar? poi compito dell?unit? di emissione gestire tale informazione per consentire l?effettiva generazione del fascio laser in base alla distanza a cui ci si trova dal metallo.

Con riferimento a figura 3 ? descritta in maggior dettaglio una possibile implementazione dell?apparecchiatura 1 e del manipolo 10 secondo una preferita forma realizzativa dell?invenzione.

In accordo anche a quanto descritto in precedenza si individua il generatore 4, il manipolo 10, l?unit? di emissione 12, i mezzi sensori 50 ed i mezzi di consenso 24.

Come detto, i mezzi di consenso 24 sono mostrati come una unit? a se stante disposta lungo la linea di alimentazione (cavi di alimentazione ?+? e che collega il generatore 4 al manipolo 10.

In varianti realizzative, tuttavia, tali mezzi di consenso 24 potranno essere posizionati all?interno del manipolo 10 e/o all?interno del generatore 4.

Secondo tale forma realizzativa, i mezzi di consenso 24 comprendono, preferibilmente, un interruttore principale 26 che risulta disposto tra il generatore 4 e l?unit? di emissione 12. I mezzi sensori 50 sono operativamente connessi a tale interruttore principale 26 e l?interruttore principale 26 viene opportunamente chiuso solo quando i mezzi sensori 50 rilevano il materiale metallico M.

Tale forma realizzativa, pertanto, rappresenta preferibilmente una apparecchiatura 1 in grado di attivarsi automaticamente non appena il manipolo 10 viene disposto frontalmente al metallo M da trattare.

A seconda del tipo di mezzi sensori 50 utilizzato e menzionati sopra, poi, l?effettiva attivazione potr? essere condizionata dalla distanza del manipolo 10 dal metallo M da trattare.

Con riferimento a figura 4 ? descritta in maggior dettaglio una possibile implementazione dell?apparecchiatura 101 e del manipolo 110 secondo un?altra preferita forma realizzativa dell?invenzione. Parti componenti corrispondenti o equivalenti alla prima forma realizzativa precedentemente descritta sono identificate dagli stessi numeri di riferimento. Tale forma realizzativa differisce dalla forma realizzativa precedentemente descritta con riferimento a figura 3 principalmente per il fatto che i mezzi di consenso 124 comprendono un secondo interruttore di consenso 128, disposto in serie all?interruttore principale 26.

Il secondo interruttore 128 ? preferibilmente comandato per la sua chiusura da un pulsante 130 disposto nel manipolo 110. Il pulsante 130 ? preferibilmente e vantaggiosamente azionabile manualmente dall?operatore O.

In tale forma realizzativa, pertanto, l?attivazione dell?unit? di emissione 12 e la conseguente generazione del fascio laser 14 avviene solo se, contemporaneamente, il manipolo 10 viene disposto frontalmente al metallo M da trattare e l?operatore O agisce sul pulsante 130.

Con riferimento a figura 4 ? descritta in maggior dettaglio una possibile implementazione dell?apparecchiatura 201 e del manipolo 210 secondo una ulteriore preferita forma realizzativa dell?invenzione. Parti componenti corrispondenti o equivalenti alle forme realizzative precedentemente descritte sono identificate dagli stessi numeri di riferimento. Tale forma realizzativa differisce dalla forma realizzativa precedentemente descritta con riferimento a figura 4 principalmente per il fatto che i mezzi di consenso 224 comprendo un interruttore di sicurezza 230 disposto in serie all?interruttore principale 26.

L?interruttore di sicurezza 230 ? preferibilmente comandato per la sua chiusura da un circuito di sicurezza 250 atto a rilevare la continuit? elettrica tra l?unit? di emissione 12 ed il materiale metallico M.

Tale forma realizzativa fa riferimento alla particolare modalit? di impiego, di per s? di tipo noto, in cui il manipolo 210 per il suo funzionamento viene posto a contatto con il metallo M da lavorare.

In tale forma realizzativa, pertanto, l?attivazione dell?unit? di emissione 12 e la conseguente generazione del fascio laser 14 avviene solo se, contemporaneamente, il manipolo 10 viene disposto frontalmente al metallo M da trattare, l?operatore O agisce sul pulsante 130 ed il circuito di sicurezza 250 abilita il funzionamento dell?apparecchiatura 201.

Nelle forme realizzative illustrate e descritte in precedenza, il generatore 4 ed il manipolo 10, 1 10, 210 sono collegate dalla linea di alimentazione, come indicato in maniera esemplificata dai cavi di alimentazione ?+? e Tuttavia, resta inteso che tra il generatore ed il manipolo potranno essere previsti altri elementi (cavi, tubazioni, etc) atti a garantire il funzionamento corretto dell?apparecchiatura.

Ad esempio, come noto, il funzionamento per il taglio con tecnologia laser pu? richiedere l?afflusso di un gas coassiale al fascio laser per produrre una spinta fluidodinamica in modo tale da allontanare il materiale fuso e generare il solco di taglio nel metallo.

In tal caso, preferibilmente, il generatore potr? comprendere una unit? di alimentazione del gas e tale gas sar? opportunamente convogliato al manipolo lungo rispettive tubazioni. Normalmente tutti i cavi/tubazioni dal generatore al manipolo vengono raggruppati ed alloggiati all?interno di una unica tubazione di collegamento.

Si ? quindi dimostrato per mezzo della presente descrizione che il dispositivo e l?apparecchiatura secondo la presente invenzione permette di raggiungere gli scopi prefissati. In particolare, il dispositivo secondo la presente invenzione permette di aumentare il livello di sicurezza nell?impiego di tecnologie laser per la lavorazione dei metalli rispetto ai sistemi di tipo noto e permette il suo utilizzo manuale da parte id un operatore.

Sebbene la presente invenzione sia stata chiarita precedentemente per mezzo della descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione rappresentate nelle tavole di disegno, la presente invenzione non ? limitata alle forme di realizzazione descritte precedentemente e rappresentate nelle tavole di disegno; al contrario, ulteriori varianti delle forme di realizzazione descritte possono rientrare nello scopo della presente invenzione, scopo definito dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI

1) Dispositivo al laser (10; 1 10; 210) per la lavorazione di metalli (M) del tipo comprendente:

- una unit? di emissione (12) di un fascio laser (14) lungo una direzione principale di emissione (D);

- mezzi di consenso (24; 124; 224) per l?attivazione di detta unit? di emissione (12);

caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi sensori (50) atti a rilevare la presenza di materiale metallico (M) lungo detta direzione principale di emissione (D), detti mezzi sensori (50) essendo atti ad interagire con detti mezzi di consenso (24; 124; 224) per attivare detta unit? di emissione (12).

2) Dispositivo (10; 110; 210) secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori (50) sono associati a detta unit? di emissione (12).

3) Dispositivo (10; 1 10; 210) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di consenso (24; 124; 224) comprendono un interruttore principale (26) atto ad essere disposto tra una unit? di alimentazione elettrica (4) e detta unit? di emissione (12), detto interruttore principale (26) essendo comandato per la sua chiusura da detti mezzi sensori (50) quando detti mezzi sensori (50) rilevano detto materiale metallico (M).

4) Dispositivo (10; 1 10; 210) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto interruttore principale (26) ? comandato per la sua chiusura da detti mezzi sensori (50) quando detto materiale metallico (M) ? ad una distanza inferiore ad una predeterminata distanza.

5) Dispositivo (10; 110; 210) secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto che detto interruttore principale (26) ? comandato per la sua chiusura da detti mezzi sensori (50) quando detti mezzi sensori (50) rilevano detto materiale metallico (M) ad una distanza inferiore ad una predeterminata distanza.

6) Dispositivo (10; 110; 210) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi sensori (50) comprendono uno o pi? tra i sensori del gruppo comprendente: un sensore ad ultrasuoni, un sensore induttivo, un sensore capacitivo, un sensore radar, un metal detector.

7) Dispositivo (1 10; 210) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di consenso (24; 124; 224) comprendono un secondo interruttore (128) di consenso disposto in serie a detto interruttore principale (26), detto secondo interruttore (128) essendo comandato per la sua chiusura da almeno un pulsante associato a detto dispositivo (110; 210) ed azionabile manualmente da un operatore.

8) Dispositivo (210) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di consenso (224) comprendono un interruttore di sicurezza (230) disposto in serie a detto interruttore principale (26), detto interruttore di sicurezza (230) essendo comandato per la sua chiusura da un circuito di sicurezza (250) atto a rilevare la continuit? elettrica tra detta unit? di emissione (12) e detto materiale metallico (M) quando detta unit? di emissione (12) ? posta in contatto con detto materiale metallico (M).

9) Dispositivo (10; 1 10; 210) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta unit? di emissione (12) ? ricevuta in un corpo principale (20) impugnabile da un operatore (O).

10) Apparecchiatura al laser (1 ; 101 ; 201) per la lavorazione di metalli (M) del tipo comprendente:

- un dispositivo al laser (10; 1 10; 210) per remissione di un fascio laser (14) lungo una direzione principale di emissione (D);

- una unit? di alimentazione elettrica (4) per detto dispositivo al laser (10; 1 10; 210);

caratterizzata dal fatto che detto dispositivo al laser (10;

1 10; 210) ? realizzato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.

1 1) Apparecchiatura secondo la rivendicazione 10, caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre, una unit? di alimentazione di un gas per detto dispositivo al laser (10; 1 10; 210), preferibilmente un gas inerte o ossigeno.