ITFI20010180A1 - Dispositivo per la lavorazione tramite fascio laser con sistema ad ultrasuoni per il controllo della distanza fra testa laser e pezzo in lav - Google Patents

Description

"DISPOSITIVO PER LA LAVORAZIONE TRAMITE FASCIO LASER CON SISTEMA AD ULTRASUONI PER IL CONTROLLO DELLA DISTANZA FRA TESTA LASER E PEZZO IN LAVORAZIONE"

DESCRIZIONE

Campo tecnico

La presente invenzione riguarda un dispositivo per la lavorazione di un pezzo tramite un fascio laser, ad esempio una lavorazione di foratura, taglio, contornatura, incisione od altro. Più in particolare l'invenzione riguarda un dispositivo del tipo comprendente: una testa di lavorazione con una sorgente laser per indirizzare un fascio sul pezzo da lavorare; un supporto per il pezzo; un sistema di rilevamento per determinare la distanza tra la testa laser ed il pezzo in lavorazione; una unità di controllo collegata al sistema di rilevamento, ed un attuatore per controllare la posizione della testa laser rispetto al pezzo.

Stato della tecnica

La lavorazione di materiali tramite laser di potenza è un'operazione sempre più diffusa in ambito industriale. Con questa tecnica si garantisce un'elevata qualità di esecuzione a condizione che il fuoco del faggio laser sia mantenuto ad una determinata quota rispetto alla superficie del pezzo in lavorazione nel corso della lavorazione stessa.

Durante l'operazione la distanza fra la testa laser e la superficie di lavoro può variare a causa di ondulazioni o altre irregolarità del pezzo o a causa di tolleranze nel sistema di posizionamento della testa e tutto ciò può dar luogo a realizzazioni non ottimali. Per questo la macchina che esegue la lavorazione deve essere affiancata da un accurato sistema di controllo che misuri la distanza fra l'ugello laser e la superficie da trattare. Il sistema deve comandare il movimento della testa laser in direzione ortogonale al piano di lavoro con velocità adeguata, cioè paragonabile a quella di lavorazione, per garantirne una qualità elevata e per evitare collisioni della testa con il pezzo in lavorazione.

I sistemi attualmente in uso non soddisfano in modo completo le esigenze di affidabilità ed economicità richieste ad un controllo di impiego industriale e possono essere suddivisi in due categorie:

- sistemi a sfregamento

- sistemi non a sfregamento

Appartengono alla prima categoria i sistemi ad inseguimento passivi e i tastatori meccanici. I primi vengono detti passivi in quanto permettono di mantenere invariata la distanza fra la testa laser e il pezzo in lavorazione senza l'ausilio di una motorizzazione per il movimento verticale della testa laser. Questa, infatti, è appoggiata tramite tre o più punti di contatto realizzati con delle sfere od altri dispositivi di contatto che scorrono sulla superficie lavoro durante il movimento della testa. Seguendo le disomogeneità della superficie consentono di mantenere costante la distanza fra l'ugello laser e la superficie del pezzo.

Il sistema è economico e permette di avere un controllo coassiale rispetto all'ugello laser. Gli svantaggi consistono nell'esigenza di avere materiali e spessori tali da sopportare lo sfregamento dei dispositivi di contatto e nella necessità di non incontrare fori, presenti lungo il percorso, con diametro superiore a quello su cui sono posizionati i dispositivi di contatto, poiché in questo caso si avrebbe un brusco abbassamento dell'utensile laser con il conseguente rischio di una collisione fra la testa laser ed il pezzo.

Il sistema a tastatore meccanico è costituito da un elemento meccanico che striscia sulla superficie, questo è collegato ad un elemento reattivo (p.es. un potenziometro) che invia il segnale generato da una variazione della distanza fra l'ugello della testa laser e il pezzo, il quale segnale viene utilizzato dal sistema di controllo per effettuare l'opportuna reazione. Questo tipo di sisterni ha un costo contenuto e una buona accuratezza di misura, ma presenta reazioni anomale in corrispondenza di discontinuità della superficie, sia positive che negative. Inoltre nel caso in cui il tastatore si imbatta in un foro di diametro elevato si ha il rischio che vi cada dentro con conseguente rapido abbassamento della testa laser che può urtare il pezzo in lavorazione.

Per evitare alcuni di questi inconvenienti il tastatore meccanico viene alloggiato all'interno di un tubo telescopico che tocca la superficie del pezzo da lavorare in tre o più punti. Il maggiore inconveniente di questa soluzione è determinato dal notevole ingombro di un sistema di questo tipo, che impone una elevata distanza fra il sistema di controllo e l'ugello laser con conseguente riduzione della precisione del controllo.

Alla categoria dei sistemi non a sfregamento appartengono i sistemi capacitivi ed i sistemi ottici.

Nei sistemi ottici si utilizzano trasduttori che sfruttano il metodo interferometrico per la rilevazione della distanza fra l'utensile (ugello laser) ed il pezzo in lavorazione. Sono molto delicati e costosi ed essendo influenzati dalla luce presente nell'ambiente di lavoro e della riflettività locale del pezzo in lavorazione e dal pulviscolo che si genera nella zona di operazione non trovano applicazione in campo industriale. Un sistema ottico di tipo non interferometrico è descritto in EP-A-0490146. Anche in questo caso sussistono gli inconvenienti sopra menzionati.

Il sistema capacitivo è il più usato a livello industriale ed è studiato espressamente per il taglio di lamiere metalliche. Il controllo della distanza è effettuato attraverso la misura della capacità che si manifesta fra l'ugello della testa laser, che funge da elettrodo e costituisce un'armatura di un condensatore, e la superfieie metallica del pezzo in lavorazione, che costituisce l'altra armatura. Il segnale proveniente dal sensore viene elaborato dall'elettronica dell'apparato di controllo ed utilizzato per comandare il movimento della testa laser lungo l'asse Z, ortogonale alla superficie del pezzo in lavoro. Per mantenere elevato il rapporto segnale/rumore è necessario assicurare, con opportuni dispositivi elettronici, una buona trasmissione del segnale dal sensore al sistema di controllo.

Il metodo di misura tramite sensore capacitivo è molto efficiente e la risoluzione ottenibile è di circa 0,01 mm. Tuttavia tali sistemi presentano alcuni limiti:

■ la distanza non può essere rilevata nel caso di lavorazioni su materiali non metallici;

■ l'accuratezza del controllo si riduce all'aumentare della distanza del sensore dalla superficie in lavoro;

■ la misura è il risultato di una integrazione di singole distanze puntiformi effettuata su una superficie, intorno al punto di lavorazione, che risulta di dimensioni non trascurabili; di conseguenza il controllo è adeguato per superfici che presentano variazioni di quota trascurabili in regioni di area confrontabile con quella sulla quale avviene l'integrazione. Se la superficie presenta brusche discontinuità si possono avere comportamenti non omogenei a parità di discontinuità;

■ molto spesso le lamiere da sottoporre a lavorazione vengono spostate con l'ausilio di magneti; un'eventuale magnetizzazione residua nel materiale influenza la misura rendendo impossibile il controllo;

<■ >il sistema è molto costoso

Sono anche noti sistemi basati su fenomeni fisici diversi da quelli precedentemente descritti. Ad esempio in EP-A-0554523 è descritto un sistema per il controllo della posizione della testa laser rispetto a un pezzo da lavorare, in cui la distanza è controllata sulla base della frequenza di emissione della macchia laser sul pezzo. Questo dispositivo si basa sul fatto che la emissione ottica della superficie in lavorazione varia modificando le condizioni di focheggiamento del fascio sulla superficie. Viene anche descritta una forma di attuazione modificata in cui le condizioni di perfetta focalizzazione vengono individuate tramite un sensore acustico, sfruttando il fenomeno delle microesplosioni che si generano quando la temperatura del pezzo in lavoro aumenta quando il fascio laser è correttamente focalizzato sul pezzo. Anche,questo sistema è affetto dai limiti tipici dei sistemi descritti in precedenza.

Scopi e sommario dell'invenzione

Scopo dell'invenzione è la realizzazione di un dispositivo per la lavorazione laser che presenti un sistema di controllo della distanza tra testa e pezzo, di costo contenuto, elevata risoluzione assiale, paragonabile a quella dei sistemi capacitivi, possibilità di operare con materiali non metallici e che non presenti inconvenienti dovuti alle eventuali magnetizzazioni residue dei materiali metallici in lavorazione.

Un ulteriore scopo dell’invenzione è la realizzazione di un dispositivo del tipo sopra descritto che consenta di mantenere il controllo anche aumentando la distanza fra il sensore ed il pezzo in lavorazione a valori superiori rispetto a quelli che limitano l'utilizzabilità dei sistemi capacitivi, per consentire l'applicazione a una più vasta gamma di lavorazioni laser

Questi ed ulteriori scopi e vantaggi, che appariranno chiari agli esperti del ramo alla lettura del testo che segue, sono ottenuti con un dispositivo del tipo sopra descritto, in cui il sistema di rilevamento comprende almeno un trasduttore ultrasonico, il cui segnale viene utilizzato per controllare la posizione della testa laser rispetto al pezzo. In sostanza viene previsto almeno un trasduttore ad esempio di tipo piezoelettrico che genera un fronte di onde ultrasoniche, le quali vengono riflesse dalla superficie del pezzo. Il tempo cosiddetto di volo, cioè il tempo intercorrente tra l'emissione del fronte d'onda e il ricevimento dell'onda riflessa dal pezzo, cioè il segnale di eco, consente di determinare la distanza conoscendo il tempo di propagazione delle onde ultrasoniche nel mezzo di propagazione.

Secondo una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione, il dispositivo comprende una pluralità di trasduttori ultrasonici e le unità di controllo effettuano combinazioni dei segnali di misura provenienti da alcuni almeno di questi trasduttori. Dalla combinazione delle misure ottenute dai vari trasduttori viene generato un segnale per il controllo della posizione della testa rispetto al pezzo.

I vari trasduttori sono disposti opportunamente attorno all'asse dell'ugello laser, cosicché i fronti d'onda delle emissioni ultrasoniche vanno a interessare zone più vicine possibile al punto in cui effettivamente lavora il fascio laser.

Come è noto, per ottimizzare il processo di taglio laser si usa normalmente un getto di gas che genera una turbolenza dell'aria nella zona circostante il punto di lavoro. Questa turbolenza produce un'attenuazione dell'onda ultrasonica e una indeterminazione della sua velocità. Per evitare questi inconvenienti, nell'ipotesi in cui si utilizzi un getto di gas nella zona di lavoro, una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa del dispositivo secondo l'invenzione prevede una protezione del fascio ultrasonico emesso dal trasduttore o dai trasduttori. Questa protezione può essere vantaggiosamente realizzata sotto forma di paratia mobile, flessibile e termoresistente interposta fra la zona di propagazione del fascio laser e la zona di propagazione del fronte d'onda ultrasonico.

Le condizioni ambientali di lavoro, ed in particolare la temperatura e l'umidità, possono influenzare la velocità di propagazione del fronte d'onda ultrasonico. Queste variazioni possono in certe situazioni risultare sufficientemente rilevanti da introdurre nella misura un errore a volte non compatibile con l'accuratezza di lavorazione richiesta. Secondo una forma di realizzazione perfezionata dell'invenzione, viene quindi previsto un sistema di riflessione acustica associato ad uno almeno dei trasduttori del sistema per determinare la velocità di propagazione degli ultrasuoni. Questo riflettore acustico è disposto lungo il percorso del fascio acustico emesso dal rispettivo trasduttore a una distanza nota dal trasduttore stesso. La sua presenza lungo questo percorso è rilevabile tramite un fronte d'onda di ritorno (cioè un segnale eco), il cui tempo di volo può essere utilizzato (nota la distanza, fissa, del riflettore acustico) per determinare l'effettiva velocità di propagazione del fronte d'onda nel mezzo nell'istante in cui viene effettuata la misurazione. Da questo dato si può risalire in modo preciso alla distanza effettiva del trasduttore dal pezzo in lavoro sulla base del tempo di volo del fronte d'onda principale, cioè quello che non viene riflesso dal sistema di riflessione acustica bensì dalla superficie del pezzo in lavoro.

Per avvicinare il più possibile alla zona di lavoro il fascio acustico emesso dal trasduttore o da ciascun trasduttore è vantaggioso prevedere mezzi di riflessione acustica che riflettono il fascio acustico. Questo sistema può comprendere, in una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa dell'invenzione, due specchi inclinati di 45° rispetto all'asse del relativo trasduttore.

Ulteriori vantaggiose forme di realizzazione del dispositivo secondo l'invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni e verranno descritte in maggior dettaglio con riferimento a un esempio di attuazione.

L'invenzione riguarda anche un metodo per il controllo della distanza fra la testa laser e un pezzo da lavorare, comprendente le fasi di:

- disporre almeno un trasduttore ultrasonico solidale alla testa laser;

- generare un'onda ultrasonica con detto trasduttore verso il pezzo da lavorare,

- determinare il tempo di ritorno, cioè il tempo di volo del segnale ultrasonico riflesso dal pezzo; - calcolare la distanza fra la testa laser in base al tempo di ritorno;

- generare un dato di controllo per mantenere la distanza della testa laser rispetto al pezzo sulla base della distanza calcolata.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche e forme di attuazione del metodo secondo l'invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni.

Breve descrizione dei disegni

Il trovato verrà meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una pratica esemplificazione non limitativa del trovato stesso. Nel disegno: la

Fig. 1 mostra una vista frontale schematica di una testa per la lavorazione laser con il sistema di rilevamento della distanza rispetto al pezzo, secondo l'invenzione; la

Fig. 2 mostra uno schema a blocchi del dispositivo di controllo della distanza fra testa e pezzo; la

Fig. 3 mostra una sezione schematica di un trasduttore ultrasonico; e le

Fig. 4 e 5 mostrano diagrammi a blocchi della procedura di controllo della distanza fra la testa e il pezzo in lavorazione.

Descrizione dettagliata di una forma di attuazione dell'invenzione

In Fig. 1 è molto schematicamente illustrata una testa laser genericamente indicata con 1, corredata di un ugello laser 3 da cui fuoriesce un fascio laser F per eseguire lavorazioni su un pezzo genericamente indicato con P, disposto su un idoneo supporto schematicamente indicato con S. La testa 1 si sposta con un sistema a controllo numerico lungo due assi ortogonali x ed y orizzontali, cioè paralleli al piano di lavoro. E' previsto inoltre un controllo secondo un terzo asse verticale Z per registrare e controllare la distanza della testa, e quindi dell'ugello laser 3, rispetto al pezzo P. Con 5 è schematicamente indicato un attuatore che esegue il movimento di sollevamento e abbassamento della testa 1 secondo l'asse controllato Z.

Ai lati dell'ugello laser 3 sono disposti i trasduttori piezoelettrici schematicamente indicati con 7. In figura sono visibili due trasduttori posti su due lati dell'ugello 3, ma si deve comprendere che il numero,di trasduttori 7 può anche essere superiore, ad esempio si possono prevedere quattro trasduttori distribuiti con una spaziatura angolare opportuna attorno all'asse A-A della testa 1.

Con 9 è genericamente indicata un'unità di controllo che è collegata all'attuatore 5 ed ai trasduttori ultrasonici 7.

I trasduttori ultrasonici 7 possono essere dei trasduttori di tipo piezoelettrico analoghi a quelli utilizzati nelle macchine ecografiche. Ciascun trasduttore è quindi in grado di emettere un segnale ultrasonico sotto forma di uno o più fronti d'onda e di ricevere un fronte d'onda riflesso dal pezzo P, verso cui il fronte d'onda emesso è stato diretto.

La Fig. 2 mostra uno schema a blocchi del sistema di controllo della distanza fra la testa laser le il pezzo P a cui appartengono i trasduttori 7. Nello schema di Fig.2 è rappresentato un unico trasduttore 7, ma si deve intendere che il sistema sarà corredato del numero adeguato di trasduttori. In Fig. 2 è mostrato un generatore di impulsi 7A, un ricevitore di impulsi 7B, ed una sonda 7C che emette i fronti d'onda e riceve i fronti d'onda provenienti dal pezzo. Con 10 è indicata una logica di controllo della trasmissione e ricezione dei segnali, mentre con 11 è indicata una logica per la misura del tempo di volo, cioè del tempo intercorrente tra l'emissione da parte del trasduttore 7 dell'onda ultrasonora e la ricezione dell'onda riflessa da parte dello stesso trasduttore. Il calcolo viene eseguito tenendo conto dell'effettivo valore della velocità di propagazione degli ultrasuoni, individuato tramite un traguardo di riferimento posto a distanza fissa e nota dal trasduttore, come illustrato più in dettaglio nel seguite.logiche 10 ed 11 sono collegate tra loro e alla unità di controllo 9. Quest'ultima fornisce un dato in uscita, che viene inviato ad un convertitore digitaleanalogico 13, e un eventuale segnale di allarme che viene inviato ad una logica di controllo del segnale di allarme, indicata con 15.

Il convertitore 13 genera un segnale analogico utilizzato dall'attuatore 5 per il controllo del movimento della testa 1 lungo l'asse Z. La logica di funzionamento del dispositivo verrà descritta nel seguito.

La Fig. 3 mostra in maggiore dettaglio, ma ancora in forma schematica, uno dei trasduttori 7, in una sezione assiale. All'interno di un manicotto 21 è disposto il trasduttore vero e proprio e al di sotto della superficie inferiore 7S del trasduttore, costituita dal materiale piezoelettrico che emette il segnale ultrasonoro, sono disposti due specchi acustici 23 e 25 inclinati ciascuno di 45° rispetto all'asse del trasduttore, che risulta parallelo all'asse A-A della testa 1. In questo modo il fascio acustico FA emesso dalla superficie 7S del trasduttore 7 viene riflesso una prima volta dallo specchio 23 e una seconda volta dallo specchio 25 così da uscire da una finestra 27 realizzata nel manicotto 21, che si trova, rispetto alla superficie 7S, in posizione più vicina all'asse A-A della testa 1. Questo consente di effettuare le misure di distanza nella posizione più vicina possibile rispetto alla zona in cui il fascio laser F va effettivamente a lavorare. Tutti i trasduttori 7 sono orientati con il proprio percorso ottico definito dagli specchi 23 e 25 in modo tale che la finestra di uscita 27 del rispettivo manicotto 21 sia accostata alla zona di lavoro della testa 1.

Lungo il percorso ottico del fascio all'interno del manicotto 21, e preferibilmente a valle del secondo specchio 25, è disposto un riflettore acustico 29. Questo riflette una parte del fascio acustico FA generato dal trasduttore 7. Ciò genera un segnale di ritorno il cui tempo di volo (cioè il tempo necessario a raggiungere il riflettore 29 e a venire riflesso nuovamente sulla superficie 7S del trasduttore 7) dipende unicamente dalla velocità di propagazione dell'onda ultrasonora nel mezzo di propagazione, tipicamente aria.

Poiché le condizioni dell'aria (temperatura e umidità possono variare nel tempo e influire sulla velocità di propagazione, il segnale di ritorno del riflettore 29 fornisce all'unità di controllo 9 un parametro che consente di tener conto in ogni istante dell'effettiva e reale velocità di propagazione delle onde ultrasonore del mezzo e quindi di risalire in modo estremamente preciso alla distanza effettiva tra la superficie 7S del trasduttore 7 e la superficie del pezzo P da cui il fascio acustico FA viene riflesso.

Fra la finestra di uscita 27 e la superficie del pezzo in lavoro P è disposta una protezione 31, in forma di paratia flessibile e termoresistente. La paratia 31 si trova fra l'asse A-A della testa 1 e la finestra di uscita 27 e serve ad evitare l'effetto della turbolenza attorno al fascio laser F sulla velocità di propagazione dell'onda ultrasonora generata dal trasduttore 7.

Il fascio ultrasonico generato da ciascun trasduttore 7 è focalizzato ed il suo fuoco si trova nell'intorno della superficie del pezzo P dove il fascio stesso va ad urtare per essere riflesso.

Il sistema utilizza, per la misura della distanza tra testa e pezzo, i trasduttori 7 eccitati in sequenza. Per evitare interferenze fra i trasduttori 7 le misure dei tempi di volo per ciascun trasduttore sono effettuate. non in simultanea, ma in maniera ciclica, cosicché l'eccitazione di ciascun trasduttore avviene dopo che la misura relativa al trasduttore precedente è stata portata a termine. In tal modo si ha la necessità di un solo stadio per la misura dei tempi di volo, come schematicamente rappresentato nel diagramma di Fig. 2, dove è prevista una sola logica 11 per la misura del tempo di volo.

Una volta terminato il ciclo completo di misura, cioè ricevuti i segnali da ciascuno dei trasduttori e determinata la lunghezza corrispondente al tempo di volo per ciascuno di essi, sono disponibili all'unità di controllo 9 un numero di misure dei tempi di volo pari al numero dei trasduttori. Queste misure sono in formato numerico e sono memorizzate in una memoria digitale dalla quale vengono lette e successivamente elaborate dall'unità 9 dopo ogni ciclo di misura. Il tempo di misura totale è di un millisecondo, un tempo trascurabile nella scala di operazione delle macchine che possono toccare 60 m/min come velocità di spostamento durante la lavorazione del pezzo. In tale condizione il ritardo ipotizzato corrisponde ad uno spostamento di un millimetro per la durata della misura.

Avendo a disposizione n misure di distanza ottenute con n diversi trasduttori 7, l'elaborazione più semplice che si può effettuare è la media aritmetica dei tempi di volo. Ciò significa che nessuna delle sonde o trasduttori 7 si trova in posizione privilegiata, poiché le misure di distanza sono eseguite in punti equidistanti dal punto di lavoro, nell'ipotesi in cui i trasduttori 7 siano disposti ad una distanza radiale uguale rispetto all'asse A-A della testa.

Questa tecnica di misura è utile quando non vi siano brusche disuniformità, ovvero quando la variazione di quota è trascurabile in un tratto lineare di dimensioni confrontabili con la massima distanza tra i fuochi dei singoli trasduttori 7.

Se la superficie del pezzo P presenta brusche disuniformità, per esempio fori, gradini, scanalature od altro, è necessario ricorrere ad un'elaborazione diversa delle misure dei tempi di volo. In tal caso si individuano i valori massimo e minimo delle n distanze misurate tramite le misure dei tempi di volo per un ciclo di lettura dei singoli trasduttori 7. Si determina poi la differenza tra il valore massimo e il valore minimo misurato. Se tale differenza è inferiore a una certa soglia preimpostata, ciò significa che la superficie del pezzo P nella zona in cui sono state effettuate le misure, cioè attorno al punto di lavoro del fascio laser F, non presenta brusche discontinuità. In tale ipotesi è corretto effettuare il controllo tramite il calcolo della media aritmetica (o tramite altra combinazione) tra tutte le misure dei singoli trasduttori 7. Se, viceversa, la differenza tra il valore massimo e minimo misurati dei singoli trasduttori 7 supera il valore di soglia preimpostato, ciò significa che uno o più dei trasduttori 7 ha rilevato una discontinuità dovuta ad un foro, un gradino, una scanalatura od altro. In questo caso il controllo della posizione della testa laser 1 rispetto al pezzo da lavorare P è effettuato prendendo in considerazione la sola distanza minima tra quelle rilevate dai vari trasduttori 7.

Il processo di controllo ora descritto è schematizzato nel diagramma a blocchi di Fig. 4. In questo diagramma, al blocco 101 di partenza sono presenti le n misure valide contenute nella memoria associata all'unità di controllo 9. Il blocco 103 rappresenta la fase di individuazione del valore massimo e minimo tra quelli determinati e memorizzati. Il successivo blocco 105 rappresenta la fase di determinazione della differenza tra i valori massimo e minimo individuati al blocco 103. Nel blocco 107 viene confrontata la differenza con la soglia preimpostata. Dal blocco 107 la procedura passa al blocco 109 se la differenza calcolata è maggiore del valore di soglia, oppure al blocco 111 se la differenza calcolata è inferiore al valore di soglia. L'ipotesi di uguaglianza tra la differenza calcolata e il valore di soglia può essere trattata indifferentemente seguendo il blocco 109 o il blocco 111.

Al termine dell'elaborazione l'unità di controllo 109 rende disponibile in uscita (blocco 113) un dato per il controllo dell'asse Z della macchina. Questo dato sarà la conversione analogica del valore minimo o la conversione analogica della media delle misure effettuate, secondo che il controllo segua il blocco 109 o il blocco 111 in base all'esito del controllo effettuato al blocco 107.

Quando il pezzo in lavoro P presenta fori, tagli, scanalature od altro occorre scartare quel valore di misura che è stato rilevato dal trasduttore 7 in corrispondenza della discontinuità (foro, taglio od altro). Devono anche essere eliminati quei valori ottenuti da misure effettuate in vicinanza del bordo del pezzo. Per garantire che tutte le misure prese in considerazione per l'elaborazione siano valide, e cioè non corrispondenti a queste discontinuità, la logica per la misurazione del tempo di volo (blocco 11 di Fig. 2) prevede la definizione di una finestra temporale, successiva all'impulso di eccitazione di ogni singolo trasduttore, durante la quale è atteso l'eco di ritorno, cioè il segnale riflesso dalla superficie del pezzo. Se l'eco di ritorno giunge entro questo intervallo la misura è ritenuta valida, altrimenti è considerata non valida e non viene utilizzata nel successivo trattamento.

Se in un ciclo di misura una o più delle misure eseguite dai vari trasduttori 7 sono valide, l'algoritmo esegue il controllo secondo lo schema a blocchi di Fig. 4. Questo permette di mantenere l'ugello laser 3 in posizione corretta anche in presenza di fori o in vicinanza del bordo del pezzo P.

Viceversa, se nessuno dei trasduttori effettua in ciclo di misura una misura valida il controllo continua utilizzando, per l'algoritmo del calcolo del dato relativo al controllo lungo l'asse Z, i dati presenti in memoria e relativi al più recente dei cicli di misura precedenti durante il quale una almeno delle misure è risultata valida. Il controllo riprende poi normalmente non appena almeno un trasduttore 7 ha eseguito una misura valida in uno dei successivi cicli di misura.

Questo tipo di funzionamento permette alla testa di oltrepassare un foro di qualsiasi dimensione, rimanendo pronta a tornare alla distanza ottimale di lavoro non appena il foro termina, cioè viene superato dalla testa. Si può anche prevedere la generazione di un segnale di allarme quando il numero di cicli successivi, durante i quali nessuna misura è stata considerata valida, supera un numero massimo ammissibile. Questa situazione si può verificare quando per un qualunque motivo la testa laser 1 viene a trovarsi al di fuori del bordo del pezzo.

Il diagramma di flusso di Fig. 5 riassume questa modalità di controllo. Il blocco 201 rappresenta l'inizio del controllo per uno specifico ciclo di misura. In questo blocco sono presenti n misure eseguite dagli n trasduttori 7. Nel blocco 203 vengono selezionate le misure valide, cioè quelle che sono state eseguite nell'ambito della finestra temporale prestabilita. Nel blocco 205 viene verificato se una almeno delle misure risulta valida, oppure se tutte le misure sono non valide. Se almeno una delle misure è valida il controllo passa al blocco 207 per la determinazione del valore massimo e minimo tra i valori delle misure valide effettuate. Il valore minimo individuato può essere confrontato con una prima soglia del blocco 209 per generare (blocco 211) un segnale di allarme basso se il valore minimo è inferiore a questa soglia. Ciò evita una possibile collisione fra la testa e la superficie del pezzo in lavorazione. Può anche essere eventualmente previsto l'arresto della lavorazione fino all'intervento dell'operatore. Se non viene previsto l'arresto della macchina, qualunque sia l'esito del controllo al blocco 209 viene poi effettuato il calcolo della differenza tra il valore massimo e il valore minimo nel blocco 213. Questo corrisponde al blocco 105 di Fig. 4. I successivi blocchi 215, 217, 219 e 221 corrispondono ai blocchi 107, 109, 111 e 113 di Fig. 4.

Se dalla verifica effettuata al blocco 205 tutte le misure eseguite risultano non valide, il controllo viene fatto (blocco 225) sulla base del dato di controllo generato al ciclo precedente. Il blocco 227 è un blocco di controllo in cui viene determinato se il numero di cicli consecutivi con misure tutte non valide è superiore a un valore preimpostato (N). Se ciò si verifica viene generato un segnale di allarme (blocco 229). Il controllo prosegue fino al blocco 221, fornendo in uscita un dato di controllo uguale a quello misurato al ciclo precedente.

L'allarme generato dal blocco 229 serve ad indicare che la testa si trova in una posizione troppo elevata rispetto alla superficie di lavoro, per cui la zona focale è troppo estesa, oppure che si trova oltre il bordo del pezzo. Il segnale può essere utilizzato anche per inibire l'emissione del fascio laser e quindi arrestare la lavorazione fino all'intervento di un operatore.

E' inteso che il disegno non mostra che una esemplificazione data solo quale dimostrazione pratica del trovato, potendo esso trovato variare nelle forme e disposizioni senza peraltro uscire dall'ambito del concetto che informa il trovato stesso.

Claims (22)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un dispositivo per la lavorazione di un pezzo tramite un fascio laser, comprende: una testa di lavorazione con una sorgente laser ed una ottica di focalizzazione di un fascio laser, - un supporto per il pezzo da lavorare; un sistema di rilevamento per determinare la distanza tra la testa laser,ed il pezzo in lavorazione; una unità di controllo collegata a detto sistema di rilevamento ed un attuatore per controllare la posizione di detta testa laser rispetto a detto pezzo, caratterizzato dal fatto che detto sistema di rilevamento comprende almeno un trasduttore ultrasonico il cui segnale viene utilizzato per controllare detta posizione.
2. 2. Dispositivo come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto sistema di rilevamento comprende una pluralità di trasduttori ultrasonici e che detta unità di controllo effettua una combinazione dei segnali di misura provenienti da alcuni almeno di detti trasduttori, detta combinazione costituendo un segnale per controllare detta posizione.
3. 3. Dispositivo come da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti trasduttori sono disposti attorno all'asse di detta testa laser.
4. 4. Dispositivo come da rivendicazione 1 o 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detto almeno un trasduttore comprende una protezione per proteggere il fascio ultrasonico della turbolenza dell'aria circostante il trasduttore.
5. 5. Dispositivo come da rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta protezione comprende una paratia flessibile e termoresistente.
6. 6. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto almeno un trasduttore comprende un sistema di riflessione acustica per avvicinare il fascio acustico emesso alla zona di lavoro del fascio laser.
7. 7. Dispositivo come da rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto sistema di riflessione acustica comprende due specchi acustici tra loro paralleli ed inclinati di 45° rispetto all'asse del rispettivo trasduttore.
8. 8. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema per la determinazione della velocità di propagazione degli ultrasuoni.
9. 9. Dispositivo come da rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che a detto sistema per la determinazione della velocità di propagazione degli ultrasuoni comprende, per almeno uno di detti trasduttori, un riflettore acustico disposto lungo il percorso del rispettivo fascio acustico ad una distanza nota dal trasduttore stesso.
10. 10. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 2 a 9, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo è programmata per eseguire una pluralità di misure in sequenza temporale con detta pluralità di trasduttori .
11. 11. Dispositivo come da una più delle rivendicazioni 2 a 10 caratterizzata dal fatto che detta unità di controllo è programmata per: determinare la differenza tra il valore massimo ed il valore minimo delle misure effettuate da detta pluralità di trasduttori confrontare detta differenza con un valore di soglia; e se detta differenza è inferiore a detto valore di soglia, generare un dato di controllo in uscita, funzione di una combinazione di detta pluralità di misure, oppure se detta differenza è superiore al valore di soglia, generare un dato di controllo in uscita in funzione del detto valore minimo,.
12. 12. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 2 a 11, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo è programmata per scartare i segnali di misura provenienti da detti trasduttori quando il tempo di ritorno del segnale è superiore ad un tempo predeterminato.
13. 13. Dispositivo come da rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo è programmata per generare un segnale di controllo in uscita in base alle misure effettuate in un ciclo di misure precedente quando tutti i segnali di misura del ciclo di misura corrente risultano scartati.
14. 14. Dispositivo come da una o più delle rivendicazioni 2 a 13, caratterizzato dal fatto che detta unità di controllo è programmata per: determinare il valore minimo delle misure effettuate da detta pluralità di trasduttori; confrontare detto valore minimo con un valore limite; generare un segnale di allarme se detto valore minimo è inferiore a detto valore limite.
15. 15. Un metodo per controllare la distanza fra una testa laser ed un pezzo da lavorare, comprendente le fasi di: disporre almeno un trasduttore ultrasonico solidale a detta testa; con detto trasduttore, emettere un'onda ultrasonica verso detto pezzo; - determinare il tempo intercorrente tra l'emissione dell'onda ultrasonica ed il ricevimento di un segnale ultrasonico di ritorno, riflesso da detto pezzo; calcolare la distanza tra la testa laser ed il pezzo in base a detto tempo; - generare un dato di controllo per mantenere la distanza della testa laser rispetto al pezzo in base a detta distanza calcolata.
16. 16. Metodo come da rivendicazione 15, comprendente le fasi di: disporre una pluralità di trasduttori ultrasonici solidali a detta testa; eseguire con detti trasduttori una pluralità di misure di distanza rispetto al pezzo; - effettuare una combinazione di alcune almeno di dette misure; generare detto dato di controllo sulla base di detta combinazione.
17. 17. Metodo come da rivendicazione 16, in cui le misure con detta pluralità di trasduttori vengono eseguite in sequenza temporale.
18. 18. Metodo come da rivendicazione 15, comprendente le fasi di: disporre una pluralità di trasduttori ultrasonici solidali a detta testa; eseguire con detti trasduttori una pluralità di misure di distanza rispetto al pezzo; determinare il valore massimo ed il valore minimo di dette misure; calcolare la differenza fra detto valore massimo e detto valore minimo; confrontare detta differenza con un valore di soglia; se detta differenza è inferiore al valore di soglia, generare il dato di controllo in uscita sulla base di una combinazione di dette misure, oppure se detta differenza è superiore a detto valore di soglia, generare il dato di controllo in funzione di detto valore minimo.
19. 19. Metodo come da una o più delle rivendicazioni 16 a 18, in cui la misura di detti trasduttori viene scartata e non considerata se il tempo di ritorno supera un valore predeterminato.
20. 20. Metodo come da rivendicazione 19, in cui se per un ciclo di misura tutte le misure vengono scartate, detto dato di controllo in uscita viene posto pari al dato calcolato nel ciclo di misura precedente.
21. 21. Metodo come da rivendicazione 20, in cui se per un numero di cicli di misura consecutivi superiore ad un numero limite tutte le misure vengono scartate, viene emesso un segnale di allarme.
22. 22. Metodo come da una o più delle rivendicazioni 18 a 21, in cui detto valore minimo viene confrontato con una soglia di distanza minima ammissibile ed in cui, se detto valore minimo è inferiore a detta soglia, viene generato un segnale di allarme.