PT101412B - Processo de corte por laser - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO “PROCESSO DE CORTE POR LASER”
A presente invenção refere-se a um processo de corte de uma peça em curso de fabrico por meio de pelo menos um feixe de raios laser, sem provocar qualquer dano térmico, tal como a combustão.
O processo de corte por laser já é conhecido das patentes US 4078165 e JP 62-240184, bem como a velocidade de corte e a focagem do feixe ser feita controladamente sob o valor da espessura da peça a cortar, o qual terá que ser introduzido no painel de controlo antes de se iniciar o processo de corte propriamente dito. Ora como se observa da análise do presente estado da técnica, estes processos acarretam deficiências de corte e outros problemas, que serão ultrapassados com a presente invenção, como se indica a seguir.
Como exemplo, recorre-se a um esquema estrutural de uma máquina de corte por laser da técnica anterior, (Fig. 7) como se descreve no pedido de patente japonesa N°. 62-240 184. Nesta figura, a referência numérica (1) representa um feixe de raios laser, a (2) umas lentes convergentes colocadas no interior de uma cabeça de maquinagem por laser (12), que será descrita mais adiante, um gás auxiliar (3) tal como gás N2, um injector do gás auxiliar (4) que funciona como injector através do qual é transmitido um feixe de raios laser proveniente da cabeça de maquinagem por laser (12), uma peça (5) em curso de fabrico tal como uma placa isolante usada em utensílios eléctricos, uma mesa de coordenadas X-Y (6) para suportar a peça, um oscilador laser (7) tal como um laser de CO2, um espelho de reflexão total (8) incorporado no oscilador laser (7), um espelho de reflexão parcial (9) incorporado no oscilador laser (7), um tubo óptico (10) fixado no oscilador laser (7), um espelho inclinado (11) colocado num
- 2 canto onde estão ligadas perpendicularmente uma à outra porções horizontal e vertical do tubo óptico (10), uma cabeça de maquinagem (12) por laser oca fixada na extremidade inferior da porção vertical tubular do tubo óptico (10), um receptáculo (13) do gás para receber o suprimento de gás auxiliar, que fica saliente a partir da face lateral da cabeça de maquinagem por laser (12), (14) um painel de energia (14), uma unidade de permuta do gás do laser (15), uma unidade de arrefecimento (16) e um painel de controlo numérico (NC) (17) que constitui a unidade de controlo.
Dá-se a seguir uma descrição de um processo de corte por laser que utiliza a máquina de corte por laser atrás descrita. Na preparação para o corte, armazenam-se primeiramente os dados necessários para o controlo numérico (NC), tais como os dados de espessura, indicativos da espessura da peça em curso de fabrico e dados de posição indicativos de uma pista de corte na peça em curso de fabrico (5), no painel de controlo NC (17), e depois activa-se o painel de controlo NC (17). O arranque do painel de controlo NC (17) activa também uma unidade de bomba de vácuo não representada que, por sua vez, cria um grau predeterminado de vazio no interior do oscilador laser (7) e do tubo óptico (10). Depois disso, o painel de controlo NC activa a unidade de permuta (15) do gás laser que, por sua vez, carrega o oscilador laser (7) e o tubo óptico (10) com gás laser CO2, de modo a formar uma atmosfera do gás laser com uma pressão reduzida predeterminada no seu interior. Simultaneamente com a activação do painel de controlo NC (17), é activada a unidade de arrefecimento (16) para arrefecer o interior do oscilador laser (7), o espelho de reflexão total (8), o espelho de reflexão parcial (9), o interior do tubo óptico (10), o espelho inclinado (11), a lente convergente (2) e a cabeça de maquinagem por laser (12). Depois posiciona-se a peça em curso de fabrico (5) e monta-se na mesa de coordenadas X-Y (6) numa posição predeterminada.
Quando o painel de controlo NC (17) for ajustado para iniciar o corte, a seguir ao processo de preparação atrás descrito, o painel de controlo NC (17) fornece através da sua saída os dados de espessura para o painel de energia (14) que, por sua vez, fornece energia, em função dos dados de espessura, para o oscilador (7) para activar o oscilador laser (7). A luz laser gerada pelo oscilador laser (7) produz um feixe de raios laser (1) por aumento da sua energia por meio da repetição de reflexões entre o espelho de reflexão total (8) e o espelho de reflexão parcial (9). O feixe de raios laser (1) é irradiado a partir do oscilador laser (7) para o espelho inclinado (11), através do espelho de reflexão parcial (9). Este feixe de raios laser irradiado (1) é reflectido pelo espelho inclinado (11), mudando assim de direcção, no sentido da peça (5). Este feixe de raios laser (1) é condensado pela lente convergente (2) do condensador e irradiado para sobre a peça (5) como um feixe fortemente focado e possuindo uma energia elevada. Entretanto, um gás auxiliar fornecido a partir da unidade do gás auxiliar que compreende um cilindro do gás auxiliar, não representado, uma válvula de fecho e um tubo, é projectado em jacto do injector (4) do gás auxiliar para a periferia do feixe fortemente focado que incide na peça (5). Quando o funcionamento do oscilador laser (7) para fazer oscilar o feixe de raios laser (1) se tomar normal, o painel de controlo NC (17) fornece na sua saída dados de velocidade, obtidos com base nos dados de posição e nos dados de espessura, a uma unidade de accionamento para accionar a mesa de coordenadas X-Y (6) que, por sua vez, se move quer longitudinal, quer latitudinalmente num mesmo plano, enquanto se controlam a sua posição e a sua velocidade. A peça (5) é movida longitudinal e latitudinalmente num plano relativamente à zona de incidência do feixe de raios laser fortemente focado (1), por este movimento da mesa de coordenadas X-Y (6), para traçar uma pista de cor te predeterminada. Como consequência disso, uma porção predeterminada da peça (5) é cortada pela elevada energia do feixe de raios laser (1) fortemente focado. Nesta altura do corte, o gás auxiliar (3) arrefece a periferia da porção cortada da peça (5), ao mesmo tempo que remove por sopragem o gás de decomposição produzido a partir da peça (5).
Num tal processo de corte por laser, a velocidade de corte é determinada pelos dados de velocidade obtidos em função dos dados de espessura a partir do painel de controlo NC (17) e a saída laser é determinada pela potência eléctrica obtida com base nos dados de espessura, a partir do oscilador laser (7). A combinação de uma velocidade de corte com a saída do oscilador laser determina a qualidade de uma superfície de corte da peça em curso de fabrico (5), o que será explicado com referência à Fig. 8. A Fig. 8 representa os resultados de avaliação da qualidade de uma superfície de corte de uma placa prensada com a espessura de 6,4 mm como peça em curso de fabrico (5), obtidos por observação da relação entre a velocidade de corte e a saída do oscilador laser.
Numa zona (A) da Fig. 8, fica uma porção não cortada numa parte inferior da placa prensada, devido a uma saída insuficiente do oscilador laser ou a uma velocidade de corte demasiado elevada. Numa zona (B), a placa prensada é cortada perfeitamente, mas o caudal do gás auxiliar é insuficiente numa parte inferior de uma ranhura de corte, produzindo-se uma ligeira quantidade de carboneto na superfície de corte. Numa zona (C), obtém-se uma superfície de corte de alta qualidade sem nela se produzir carboneto. Numa zona (D), devido a ser demasiado reduzida a velocidade de corte, produz-se uma ligeira quantidade de carboneto na parte superior de uma superfície de corte devido a uma combustão provocada pelo efeito produzido na aba da distribuição de condensação do
- 5 feixe de raios laser. Numa zona (E), como a velocidade de corte é muito mais baixa que na zona (D) e o tempo de combustão numa porção de corte é mais longo, pode identificar-se a olho nú carboneto produzido na superfície de corte.
Compreende-se, a partir da Fig. 8, que a qualidade da superfície de corte é afectada por uma combinação da saída do oscilador laser e da velocidade de corte e que a área (C) de corte óptimo, na qual não se produz carboneto na superfície de corte, é determinada mediante a escolha da melhor combinação da saída do oscilador laser e da velocidade de corte.
Embora não esteja representado nos desenhos anexos, a Requerente cortou placas prensadas com uma espessura diferente de 6,4 mm, por exemplo de 1,6 mm e 3,2 mm, por meio de um feixe de raios laser e avaliou a qualidade destas superfícies de corte. Produziu-se uma pluralidade de zonas (A) a (E) com as mesmas tendências que as da Fig. 8, mas verificou-se que a combinação da saída do oscilador laser e da velocidade de corte é afectada pela espessura da peça a cortar.
No processo atrás descrito para o corte por raios laser da técnica anterior, os dados de espessura da peça (5) são previamente armazenados no painel de controlo NC (17), o painel de controlo NC (17), que é colocado em condições de iniciar o corte calcula então os dados de velocidade correspondentes à velocidade de corte a partir dos dados de espessura e fornece na saída os dados de velocidade e os dados de espessura para o painel de energia (14) e o painel de energis (14) controla a saída do oscilador laser de acordo com a velocidade de corte e a espessura (os dados de velocidade e os dados de espessura). Porém, de um modo geral, há diferenças na espessura em toda a extensão de porções de cada peça (5) individual a cortar, resultantes das tolerâncias de fabrico na produção. Por esta razão, se a espessura efectiva de uma porção da peça (5)
-6a cortar for maior ou menor do que uma certa espessura predeterminada, não pode obter-se uma superfície de corte de alta qualidade controlando simplesmente a saída do oscilador laser de acordo com a velocidade e a espessura como no processo de corte por laser da técnica anterior atrás descrito.
Além disso, o processo de corte por laser da técnica anterior apresenta também o problema de a saída do oscilador laser só poder ser determinada se forem introduzidos previamente no painel de controlo NC (17) os dados de espessura.
A presente invenção destina-se a resolver os problemas atrás citados existentes na técnica anterior, sendo o objecto da presente invenção proporcionar um processo de corte por laser no qual pode obter-se uma superfície de corte de alta qualidade ajustando a posição de focagem óptima de um feixe de raios laser sobre uma peça em curso de fabrico a cortar, em função das variações de espessura da peça, em tempo real, e escolhendo a melhor combinação da velocidade de corte e da saída do oscilador laser, em tempo real.
De acordo com uma primeira realização da presente invenção, reivindicada na reivindicação 1, proporciona-se um processo de corte por laser que compreende as fase de: (I) colocar e posicionar uma peça a cortar numa mesa de suporte de uma máquina de corte por laser, (II) medir uma espessura da peça, (III) enviar a espessura medida para uma unidade de controlo da máquina de corte por laser, (IV) ajustar a posição de focagem óptima de um feixe de raios laser e uma velocidade de corte correspondente à espessura medida, na unidade de controlo, (V) irradiar um feixe de raios laser fortemente focado proveniente do oscilador laser da máquina de corte por laser enquanto se corrige o feixe de raios laser para ser focado na posição óptima relativamente à peça a cortar, de acordo com instruções provenientes da unidade de controlo e (VI) cortar a peça com a energia térmica do feixe laser fortemente focado, enquanto a mesa de suporte é movida relativamente ao feixe de raios laser num plano determinado para traçar uma pista de corte predeterminada, de acordo com instruções provenientes da unidade de controlo.
De acordo com uma segunda realização da presentre invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual a posição óptima de focagem do feixe de raios laser irradiado para a peça a cortar é ajustada no interior de uma espessura da peça.
De acordo com uma terceira realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual se mede uma espessura da peça a cortar por meio de um sensor de espessura, proporcionado numa porção da mesa de suporte na qual não deve montar-se a peça a cortar.
De acordo com uma quarta realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual se mede uma espessura da peça a cortar montada na mesa de suporte por meio de um contacto com a superfície da peça a cortar.
De acordo com uma quinta realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual se mede uma espessura da peça a cortar montada na mesa de suporte sem estabelecer contacto com a superfície da peça a cortar.
De acordo com uma sexta realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual uma unidade de cópia fixada num tubo óptico que suporta uma cabeça de maquinagem por laser para irradiar um feixe fortemente focado de raios laser da máquina de corte por raios laser, de modo tal que ela pode deslocar-se numa direcção vertical e medir um valor ligeiro de alteração da espessura de uma porção
-8da peça a cortar, no processo de corte, e fornecer o valor dessa alteração à unidade de controlo, calculando a unidade de controlo a correcção a introduzir em função do valor medido da alteração, recebido da unidade de cópia e ajustando e deslocando a cabeça de maquinagem por laser, ligeiramente numa direcção vertical para corrigir a posição óptima de focagem do feixe de raios laser relativamente à peça a cortar.
De acordo com uma sétima realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual a unidade de cópia mede uma espessura da peça a cortar montada na mesa de cuporte estabelecendo contacto com a superfície de uma porção da peça a cortar na vizinhança de uma porção irradiada pelo feixe de raios laser.
De acordo com uma oitava realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual a unidade de cópia mede uma espessura da peça a cortar montada na mesa de suporte sem entrar em contacto com a superfície da peça.
De acordo com uma nona realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual a referida pista de corte predeterminada é traçada pelo movimento num plano da mesa de coordenadas X-Y usada como mesa de suporte.
De acordo com uma décima realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual a pista de corte predeterminada é traçada pelo movimento no plano da mesa de coordenada X-Y usada como mesa de suporte, enquanto a posição óptima de focagem do feixe de raios laser é corrigida relativamente à peça a cortar pelo movimento vertical da cabeça de maquinagem por laser para fazer incidir a irradiação do feixe de raios laser fortemente focado da máquina de corte por laser, sobre a peça a cortar.
De acordo com uma décima primeira realização da presente inven
-9ção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual se instalam dois carris de coluna ao longo de lados opostos de uma mesa fixa utilizada como mesa de suporte, instala-se uma coluna tipo pórtico no par de carris de coluna, transversalmente em relação à mesa fixa, de modo tal que pode mover-se num plano quer longitudinal, quer latitudinalmente, estando a cabeça de maquinagem por laser, que pode mover-se numa direcção vertical montada na parte superior da coluna do tipo de pórtico de modo tal que pode mover-se num sentido oposto ao sentido do movimento da coluna de tipo pórtico e sendo a pista de corte predeterminada traçada por uma combinação do movimento da cabeça de maquinagem por laser e do movimento da coluna tipo pórtico no mesmo plano.
De acordo com uma décima segunda realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual o feixe de raios laser é gerado por um oscilador de laser de gás.
De acordo com uma décima terceira realização da presente invenção, proporciona-se um processo de corte por laser no qual o feixe de raios laser é gerado por um oscilador laser de estado sólido.
No processo de corte por laser da primeira realização da presente invenção, mede-se uma espessura da peça a cortar, em tempo real, determina-se, em tempo real, a posição óptima de focagem apropriada para a espessura medida e corta-se a peça com o feixe de raios laser com alta energia, enquanto se corrige a saída do oscilador laser, em tempo real, de acordo com a posição de focagem e a velocidade de corte.
No processo de corte por laser da segunda realização da presente invenção, é minimizada a saída do oscilador laser para fazer oscilar o feixe de raios laser apropriado para cortar a peça.
No processo de corte por laser da terceira realização da presente invenção, a peça a cortar é montada na mesa de suporte e mede-se depois a
- 10espessura da peça a cortar.
No processo de corte por laser da quarta realização da presente invenção, mede-se uma espessura da peça a cortar apenas quando não existir um elemento que estorve a medição entre a peça a cortar e o sensor de espessura.
No processo de corte por laser da quinta realização da presente invenção, mede-se com rigor uma espessura da peça a cortar sem danificar a peça.
No processo de corte por laser da sexta realização da presente invenção, a unidade de cópia mede um ligeiro valor de variação da espessura de uma porção da peça a cortar no processo de corte, sendo a espessura medida da peça a cortar corrigida em tempo real imediatamente antes do corte.
No processo de corte por laser da sétima realização da presente invenção, mede-se com precisão uma ligeira variação da espessura de uma porção da peça a cortar apenas quando não existir um elemento que estorve a medição entre a peça a cortar e o sensor de espessura, sendo a espessura medida da peça a cortar corrigida em tempo real imediatamente antes do corte.
No processo de corte por laser de acordo com a oitava realização da presente invenção, mede-se com precisão um ligeiro valor de variação da espessura de uma porção da peça a cortar sem danificar a peça e a espessura medida da peça a cortar é corrigida em tempo real imediatamente antes do corte.
No processo de corte por laser de acordo com a nona realização da presente invenção, o movimento longitudinal e latitudinal num plano do feixe de raios laser relativamente à peça a cortar é efectuado pela mesa de coordenadas X-Y.
- 11 No processo de corte por laser da décima forma de realização da presente invenção, o movimento horizontal no plano do feixe de raios laser relativamente à peça a cortar é efectuado pela mesa de corrdenadas X-Y, sendo a posição óptima de focagem do feixe de raios laser, relativamente à peça a cortar, determinada pelo movimento vertical da cabeça de maquinagem por laser.
No processo de corte por laser da décima primeira realização, da presente invenção, a coluna tipo pórtico é deslocada numa direcção e a cabeça de maquinagem por laser é deslocada numa direcção e a cabeça de maquinagem por laser é deslocada noutra direcção perpendicular à direcção do movimento da coluna tipo pórtico. O movimento horizontal do feixe de raios laser num plano relativamente à peça a cortar é efectuado por combinação do movimento da coluna tipo pórtico numa direcção e o movimento da cabeça de maquinagem por laser na outra direcção, sendo a posição óptima de focagem do feixe de raios laser relativamente à peça a cortar, determinada pelo movimento vertical da cabeça de maquinagem por laser.
No processo de corte por laser da décima segunda realização da presente invenção, um laser de gás faz oscilar o feixe de raios laser que tem ondas contínuas ou ondas pulsatórias para cortar a peça.
No processo de corte por laser da décima terceira realização da presente invenção, um laser de estado sólido oscila um feixe de raios laser com ondas contínuas ou ondas pulsatórias para cortar a peça.
Os objectivos anteriores e outros, bem como outras caracteristicas e vantagens da presente invenção tomar-se-ão mais evidentes a partir da descrição seguinte feita com referência aos desenhos anexos, sem qualquer caracter limitativo.
Assim, os desenhos juntos apresentam:
- 12A Fig. 1 - que é um esquema estrutural de uma máquina de corte por laser usada num processo de corte por laser de acordo com uma primeira forma de realização da presente invenção;
A Fig. 2 - que é uma vista em planta de um sensor de cópia de uma máquina de corte usada no processo de corte por laser da primeira forma de realização;
A Fig. 3 - que é um diagrama que mostra a avaliação da qualidade do corte de um cartão prensado cortado pelo processo de corte por laser da primeira forma de realização;
A Fig. 4 - que é um diagrama que mostra a distribuição da intensidade um feixe de raios laser na primeira forma de realização;
A Fig. 5 - que é um diagrama que mostra a relação entre uma posiposição de focagem e a saída do oscilador laser relativativamente à espessura da placa prensada na primeira forma de realização;
A Fig. 6 - que é uma vista em planta que ilustra como se deslocam a mesa de suporte e a cabeça de maquinagem por laser da máquina de corte por laser num processo de corte por laser de acordo com uma segunda forma de realizção, em direcções longitudinal e latitudinal num mesmo plano;
- 13 A Fig. 7 - que é um esquema estrutural de uma máquina de corte por laser usada num processo de corte por laser da técnica anterior;
A Fig. 8 — que é um diagrama que mostra a avaliação da qualidade de corte de um cartão prensado cortado pelo processo de corte por laser da técnica anterior.
De seguida, apresentam-se as descrições de formas de realização preferidas.
I
Com referências às Figs. 1 a 5, nas quais as mesmas referências numéricas designam partes iguais ou correspondentes em todas elas, um processo de corte por laser, segundo uma forma de realização preferida da presente invenção, vai ser descrito a seguir.
Na Fig. 1, uma máquina de corte por laser usada num processo de corte por laser segundo esta forma de realização da presente invenção, fornece de antemão ao painel de controlo numérico (NC) (17) dados que incluem dados de posição e um mapa de dados de espessura-posição óptima de focagem, que determina a relação entre a espessura e a posição (distância) de focagem óptima que é necessária para o controlo NC de modo a traçar a pista de corte; coloca a peça a cortar (5) na mesa de coordenadas X-Y (6) e coloca-a numa posição predeterminada; arrefece o interior do oscilador laser (7), tal como um laser de CO2, o espelho de reflexão total (8), o espelho de reflexão parcial (9), o interior do tubo fotoeléctrico (10), o espelho inclinado (11), as lentes convergentes (2) e a cabeça de maquinagem por laser (12), por meio da unidade de arrefecimen
- 14to (16); fornece dados de espessura provenientes do painel de controlo (17) para o painel de energia (14); fornece energia eléctrica, em função dos dados de espessura do painel de energia (14) para o oscilador laser (7); faz com que o oscilador laser (7) faça oscilar a luz laser; transforma a luz laser no feixe (1) de raios laser com alta energia obtida por meio de uma repetição de reflexões entre o espelho de reflexão total (8) e o espelho de reflexão parcial (9); irradia o feixe de raios laser (1) do oscilador de laser (7) para o espelho inclinado (11) na direcção da peça a cortar (5); condensa o feixe de raios laser (1) por meio das lentes convergentes (2) do condensador e, ao mesmo tempo, faz incidir o feixe de raios laser condensado (1) sobre a peça a cortar (5) sob a forma de um feixe de luz fortemente focado com alta energia; e lança em jacto o gás auxiliar (3), por exemplo gás N2, do injector do gás auxiliar (4) para a periferia do feixe incidente fortemente focado, que incide na peça a cortar (5), enquanto o painel de controlo NC (17) fornece na sua saída dados de velocidade obtidos com base nos dados de posição e nos dados de espessura, para a unidade de accionamento da mesa de coordenadas X-Y (6) que move a mesa de coordenadas X-Y (6) longitudinal e latitudinalmente num mesmo plano, controlando a sua velocidade e a sua posição. Devido a este movimento de mesa de coordenadas X-Y (6), a peça a cortar (5) é deslocada longitudinal e latitudinalmente no referido plano relativamente ao feixe fortemente focado de raios laser para traçar uma pista de corte. Como consequência disso é cortada uma porção predeterminada da peça (5) pela alta energia do feixe fortemente focado de raios laser (1). Nesta fase do corte, o gás auxiliar (3) arrefece a periferia da porção de corte da peça 5 e remove por sopragem um gás de decomposição gerado a partir da peça a cortar (5).
A cabeça de maquinagem por laser (12) atrás descrita é fixada na
- 15 extremidade inferior de uma porção tubular vertical do tubo óptico (10) de modo que pode mover-se verticalmente, estabelecendo-se uma vedação no tubo óptico (10) para manter um certo grau de vazio e um gás de enchimento no interior do mesmo. Esta cabeça de maquinagem por laser (12) tem um sistema, não representado, para o seu accionamento, para deslocar a cabeça numa direcção vertical. Embora isso não esteja representado na figura, uma parte desses sistema de accionamento fica saliente para uma parte exterior superior do tubo óptico (10) e uma outra parte do mesmo está ligada electricamente ao painel de controlo NC (17) por meio de um cabo de modo a fornecer os dados da posição de focagem ao painel de controlo NC (17).
A referência numérica (18) representa um sensor de espessura que está instaldo numa parte da mesa de coordenadas X-Y (6) onde não é montada a peça a cortar (5). Este sensor de espessura (18) mede uma espessura da peça a cortar (5) de acordo com instruções provenientes do painel de controlo NC (17) e fornece na saída um sinal eléctrico correspondente à espessura, para o painel de controlo NC (17), como dados de espessura.
O painel de controlo NC (17) compara os dados de espessura provenientes do sensor de espessura (18) com o mapa de dados que relaciona as espessuras com as posições de focagem óptimas, recolhe a posição de focagem óptima do referido mapa de espessuras-posições de focagem óptimas, e fornece na saída um sinal eléctrico, correspondente à posição de focagem óptima para o sistema, não representado, de accionamento da cabeça como dados da posição de focagem óptima. Deste modo, o sistema de accionamento da cabeça, não representado, move a cabeça de maquinagem laser (12) numa direcção vertical, de acordo com os dados da posição de focagem óptima enviados da saída do painel de
- 16controlo NC (17). Por conseguinte, as lentes convergentes (2) são deslocadas numa direcção vertical juntamente com a referida cabeça de maquinagem por laser (12), de modo que a posição de focagem do feixe de raios laser (19) é ajustada de maneira óptima relativamente à peça a cortar (5). Por outras palavras, imediatamente antes de se iniciar o corte, a posição de focagem do feixe de raios laser (1) é ajustada de maneira óptima de acordo com a espessura de cada peça a cortar (5), pelo movimento vertical das lentes convergentes (2) com base na medição da saída do sensor de espessura (18).
A referência numérica (20) representa uma unidade de cópia que se instala ao lado da cabeça de maquinagem por laser (12). Esta unidade de cópia (20) compreende um sensor de cópia (21) que se estende na direcção da mesa de coordenadas X-Y (6). Aplica-se uma força elástica verticalmente de cima para baixo no sensor (21) na unidade de cópia (20). A extremidade superior do sensor de cópia tem a forma de um anel plano de modo a cobrir a periferia do feixe de raios laser (1) irradiado sobre a peça a cortar (5), como se mostra na Fig. 2, e uma superfície inferior do anel está em contacto com a superfície da peça a cortar (5) devido à força aplicada de cima para baixo no sensor de cópia (21). Portanto, a unidade de cópia (20) mede variações (diferenças) ligeirtas da espessura numa zona de corte de uma única peça (5) que está a ser cortada a partir do valor do deslocamento vertical do sensor de cópia (21), de acordo com instruções de medição provenientes do painel de controlo NC (17). A unidade de cópia (20) fornece na saída um sinal eléctrico correspondente à diferença da espessura medida, para o painel de controlo NC (17), como dados de cópia.
O painel de controlo NC (17) calcula um valor de correcção de acordo com os dados de cópia recebidos da unidade de cópia (20) e fome
- 17ce na sua saída um sinal eléctrico correspondente ao valor da correcção para o sistema de accionamento, não representado, da cabeça, como dados de correcção. Deste modo, o sistema de accionamento da cabeça ajusta e desloca a cabeça de maquinagem por laser (12) numa direcção vertical de acordo com os dados de correcção fornecidos na saída do painel de controlo NC (17). Como consequência disso, as lentes convergentes (2) são ajustadas e deslocadas numa direcção vertical juntamente com a cabeça de maquinagem por laser (12), sendo assim a posição de focagem óptima (19) do feixe de raios laser (1) ajustada com base no valor medido na saída do sensor de espessura (19) corrigida em tempo real de acordo com as diferenças de espessura de uma porção da peça a cortar em curso de corte. Portanto, mesmo que a espessura de uma porção a cortar seja maior ou menor do que a espessura medida no processo de corte, o feixe de raios laser fortemente focado (1) que incide na peça (5) a cortar, montada na mesa de coordenadas X-Y (6) para cortar a peça (5) ao longo de uma pista de corte predeterminada é mantido na posição de focagem (19) óptima relativamente à peça (5) a cortar.
A Fig. 3 mostra os resultados da avaliação da qualidade de corte de uma secção de corte de uma placa prensada com a espessura de 6,4 mm como peça a cortar (5), com base na relação entre a velocidade de corte e a saída do laser. Na figura, as zonas (A), (B), (C) e (D) são mesmas que na Fig. 8. Uma porção indicada por linhas oblíquas da zona (C) onde não se produz carboneto na secção de corte representa a área da condição óptima, e uma linha a traço grosso no interior da área também representa a condição óptima na qual a deterioração térmica da secção de corte é mínima quando a posição de focagem (19) fôr ajustada para a posição óptima nesta forma de realização. Como conclusão pode dizer-se que, quando se pretender cortar um material isolante electricamente, tal como o
- 18cartão prensado, desta forma de realização, pode obter-se uma qualidade de corte muito mais estável controlando a posição de focagem (19) de acordo com uma espessura da peça (5) a cortar, além da velocidade de corte e da saída do oscilador laser.
A Fig. 4 representa a distribuição da intensidade do feixe de raios laser (1) num modo único, na máquina de corte por laser atrás descrita. A partir da figura compreende-se que a distribuição da intensidade do feixe de raios laser (1) tem o seu pico mais elevado na posição de focagem (19) (secção B-B da Fig. 4), deformada numa posição abaixo da posição de focagem (secção C-C da Fig. 4) e também deformada numa posição acima da posição de focagem (19) (secção A-A da Fig. 4) mas não tanto como na posição abaixo da posição de focagem (19).
A Fig. 5 representa as saídas do oscilador laser com as quais podem ser cortadas peças (5) de placas prensadas (de cartão ou outros) com as espessuras de 1,6 mm, 3,2 mm e 6,4 mm, por alteração da posição de focagem (19) dos feixes de raios laser relativamente à peça (5) a cortar e para um valor fixo da velocidade de corte de 10 metros por minuto, por exemplo. Na figura, a posição de focagem situada na superfície da peça a cortar (5) está representada como sendo +0 mm, a posição de focagem (19) situada acima da superfície como sendo + (mais) mm e a posição de focagem (19) situada abaixo da superfície (no interior da espessura) como sendo - (menos) mm. É evidente a partir da figura que as saídas do oscilador laser necessárias para cortar peças (5) com a mesma espessura diferem quando, fôr diferente a posição de focagem (19). Por exemplo, no caso de uma placa prensada com a espessura de 1,6 mm e uma com a espessura de 3,2 mm, se a posição de focagem (19) estiver situada numa posição a 1,0 mm abaixo da superfície da peça (5), e no caso do cartão prensado com a espessura de 6,4 mm, se a posição de focagem
- 19(19) estiver situada numa posição a 2,0 mm abaixo da superfície do cartão, estes cartões prensados podem ser cortados com a saída mínima do oscilador laser. Por outras palavras, visto que o processo de corte por laser é um processo de corte que utiliza energia térmica, a peça a cortar (5) pode ser cortada com a energia mínima e pode evitar-se a deterioração térmica por ajustamento da posição de focagem (19) do feixe de raios laser (1) para a posição óptima relativamente à peça a cortar (5) de acordo com uma espessura da peça (5) e utilizando da melhor maneira toda a energia projectada sobre uma porção a cortar para cortar a mesma porção.
Por outras palavras, na forma de realização I, a espessura da peça a cortar (5) é medida por meio do sensor de espessura (18) antes do corte; a espessura medida é fornecida ao painel de controlo NC (17); a cabeça de maquinagem por laser (12) é deslocada numa direcção vertical; e a posição de focagem (19) do feixe de raios laser (1) é ajustada para a posição óptima relativamente à peça a cortar (5). No processo de corte, o valor da alteração da espessura de uma porção da peça a cortar (5) é medido por meio da unidade de cópia (20); o valor de uma alteração da espessura medida é fornecida ao painel de controlo NC (17); a cabeça de maquinagem por laser (12) é deslocada numa direcção vertical de acordo com o valor da alteração; e enquanto a posição de corte (19) ajustada para a posição óptima se mantém, selecciona-se a saída mínima do oscilador laser de acordo com a posição de focagem óptima e a velocidade de corte para cortar a peça, tomando assim possível cortar a peça (5) com a energia mínima e evitar a deterioração térmica da peça a cortar (5).
II
Na forma de realização I atrás descrita, a velocidade da mesa de coordenadas X-Y para suporte da peça a cortar (5) cujo movimento longi
-20tudinal e latitudinal dentro do mesmo plano é controlado por meio do painel de controlo NC (17) foi descrita com referência aos desenhos. Como se mostra na Fig. 6, a mesa de suporte para colocar a peça a cortar (5) pode ser uma mesa fixa (22). Neste caso, proporcionam-se dois carris de coluna (23) e (24) de dois lados opostos da mesa fixa (22), ao longo dos lados da mesa e instala-se uma coluna tipo pórtico (25) nos dois carris de coluna (23) e (24) transversalmenrte através da mesa fixa (22), de modo tal que possa deslocar-se numa direcção horizontal (X). O oscilador laser (7) (ver a Fig. 1) que inclui o espelho de reflexão total atrás descrito (ver a Fig. 1) e o espelho de reflexão parcial (9) (ver a Fig. 1), o tubo óptico (10) (ver Fig. 1) que inclui o espelho inclinado (11) (ver a Fig. 1) e a cabeça de maquinagem por laser (12) fixada no tubo óptico (10), que pode ser deslocado numa direcção vertical são fixados na parte superior da coluna tipo pórtico (25) de modo tal que podem mover-se numa direcção (Y) perpendicular à direcção do movimento da coluna (25) tipo pórtico atrás descrita. O oscilador laser (7), a cabeça de maquinagem por laser (12) que inclui o tubo óptico (10) e a coluna tipo pórtico (25) são controlados no seu posicionamento longitudinal e latitudinal e na sua velocidade pelo painel de controlo NC (17). A combinação do movimento na direcção X da coluna tipo pórtico (25) e do movimento na direcção Y da cabeça de maquinagem por laser (12) determina a posição do feixe de raios laser (1) numa posição predeterminada da mesa fixa (22) de modo que o feixe de raios laser (1) pode traçar uma pista de corte predeterminada na peça a cortar (5) montada fixa na mesa (2).
III
Nas formas de realização anteriores, as placas prensadas são cortadas com ondas contínuas de um laser de CO2. Podem também ser usa
-21 das ondas contínuas ou ondas pulsatórias de um laser de Yag, de um laser de árgon e de um laser de “excimer” (molécula diatómica excitada), como fonte luminosa do feixe de raios laser (1) diferentes do laser de CO2. Além disso, a peça a cortar (5) não se limita ao cartão prensado, podendo também aplicar-se a outros materiais, que podem ser cortados com um feixe de raios laser.
IV
Nas formas de realização anteriores, o sensor de espessura (18) e o sensor de cópia (21) são do tipo de contacto, mas esses sensores podem ser do tipo sem contacto, por exemplo um sensor óptico do tipo de reflexão.
Como se descreveu nas páginas anteriores, de acordo com a primeira forma de realização, visto que se mede uma espessura da peça a cortar, determina-se a posição óptima de focagem apropriada para a espessura medida e a peça é cortada com o feixe de raios laser corrigindo a saída do oscilador laser de acordo com a posição de focagem e a velocidade de corte, podendo realizar um corte de alta qualidade com efeito térmico reduzido, por exemplo o efeito de combustão, utilizando de maneira eficaz a energia do feixe de raios de laser para cortar a peça. Além disso, de acordo com a primeira forma de realização, como se corrige a saída do oscilador laser de acordo com a posição de focagem óptima e a velocidade de corte apropriada para a espessura medida da peça a cortar, pode reduzir-se a saída do oscilador laser ao valor suficiente para que a peça possa ser cortada, tomando assim possível uma economia de energia.
De acordo com a segunda forma de realização da presente invenção, como a posição de focagem óptima do feixe de raios laser relativamente à peça a cortar é ajustada dentro de uma espessura da peça a cortar, minimiza-se a saída do oscilador laser que faz oscilar o feixe de raios laser
- 22 com o qual se corta a peça, tornando-se assim possível outra economia de energia.
De acordo com a terceira forma de realização da presente invenção, como a espessura da peça a cortar é medida por meio de um sensor de espessura depois de a peça a cortar estar montada na mesa de suporte, o utilizador não precisa de observar um calibre para medir a espessura, facilitando-se assim a operação de medição. Além disso, de acordo coma terceira forma de realização, como o sensor de espessura está instalado numa parte da mesa de suporte onde não deve montar-se a peça a cortar, o sensor de espessura não interfere com a montagem da peça a cortar na mesa de suporte.
De acordo com a quarta forma de realização da presente invenção, como o sensor de espessura mede uma espessura da peça a cortar com precisão apenas quando não houver qualquer elemento que estorve a medição entre a peça a cortar e o sensor de espessura em contacto com a peça a cortar, aumenta-se a fiabilidade da espessura medida.
De acordo com a quinta forma de realização da presente invenção, como o sensor de espessura mede uma espessura da peça a cortar com precisão sem contacto com a peça a cortar, o sensor de espessura não danifica a peça a cortar, garantindo assim a fiabilidade da qualidade da peça cortada.
De acordo com a sexta forma de realização da presente invenção, como a unidade de cópia mede variações ligeiras da espessura de uma porção da peça a cortar, no processo do corte, e corrige a espessura medida da peça a cortar, em tempo real imediatamente antes do corte, um programa armazenado na unidade de controlo é mais simples que quando a unidade de controlo calcula o valor da correcção e pode acelerar-se o cálculo pela unidade de controlo.
-23 De acordo com sétima forma de realização da presente invenção, como a unidade de cópia mede com precisão variações ligeiras da espessura de uma porção da peça a cortar apenas quando não há qualquer elemento que estorve a medição entre a unidade de cópia em contacto com a peça a cortar e o sensor e corrige a espessura medida da peça a cortar, em tempo real, imediatamente antes do corte, pode aumentar-se a fiabilidade das variações de espessura medidas.
De acordo com a oitava forma de realização da presente invenção, como a unidade de cópia mede variações ligeiras da espessura de uma porção da peça a cortar com precisão sem contacto com a peça a cortar e corrige a espessura da peça a cortar, em tempo real, imediatamente antes do corte, a unidade de corte não danifica a peça a cortar, garantindo assim a fiabilidade da qualidade da peça cortada.
De acordo com a nona forma de realização da presente invenção, como os movimentos longitudinal e latitudinal do feixe de raios de laser num plano relativamente à peça a cortar são efectuados pela mesa de coordenadas X-Y, o corte é assegurado por uma combinação de movimentos verticais e horizontais.
De acordo com a décima forma de realização da presente invenção, como os movimentos longitudinal e latitudinal do feixe de raios de laser num pano relativamente à peça a cortar são efectuados pela mesa de coordenadas X-Y e a posição de focagem óptima do feixe de raios de laser relativamente à peça a cortar é determinada pelo movimento vertical da cabeça de maquinagem por laser, o corte é assegurado por uma combinação dos movimentos verticais e horizontais.
De acordo com décima primeira forma de realização da presente invenção, a coluna tipo pórtico é deslocada numa direcção e a cabeça de maquinagem por laser é deslocada numa outra direcção perpendicular à
-24direcção do movimento da coluna tipo pórtico. Como os movimentos longitudinal e latitudinal do feixe de raios de laser num plano relativamente à peça a cortar são efectuados pelo movimento da coluna tipo pórtico numa direcção e o movimento da cabeça de maquinagem, por laser numa outra direcção, e a posição de focagem óptima do feixe de raios de laser relativamente à peça a cortar, é determinada pelo movimento vertical da cabeça de maquinagem por laser, o corte é assegurado por uma combinação dos movimentos verticais e horizontais.
De acordo com a décima segunda forma de realização, como a peça a cortar é cortada com o feixe de raios de laser oscilado por um laser de gás, é facilitada a oscilação contínua do feixe de raios de laser, a coerência do feixe de raios de laser é excelente e pode garantir-se a fiabilidade da qualidade da peça cortada.
De acordo coma décima terceira forma de realização da presente invenção, como a peça a cortar é cortada com o feixe de raios de laser oscilado por um laser de estado sólido, pode obter-se facilmente uma saída elevada a partir de um laser pequeno e pode garantir-se a fiabilidade da qualidade da peça cortada.
Claims (10)
- REIVINDICA ÇÕES1. Processo de corte por laser, no qual uma peça a cortar é montada e posicionada numa mesa de suporte de uma máquina de corte por laser, se irradia um feixe de raios laser fortemente focado, proveniente de um oscilador de laser da máquina de corte por laser, sobre a peça a cortar, de acordo com instruções provenientes de uma unidade de controloda máquina de corte de laser, sendo a peça cortada com energia térmica do feixe de raios laser fortemente focado enquanto a mesa de suporte é movida relativemente ao feixe de raios laser num plano para traçar uma pista de corte predeterminada, caracterizado por compreender as fases de:a) obtenção da medida da espessura da peça a cortar, em tempo real, por meio de um sensor de espessura proporcionado numa porção da mesa de suporte onde não deve ser montada a peça a cortar;b) ajustar e corrigir a posição de focagem óptima do feixe de raios laser, de acordo com a espessura medida, na unidade de controlo;c) ajustar uma velocidade de corte, de acordo com a espessura medida, na unidade de controlo; ed) ajustar uma saída do oscilador laser, de acordo com a espessura medida, no oscilador laser.
- 2. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a posição de focagem óptima ser ajustada no interior de uma espessura da peça a cortar.
- 3. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por se medir uma espessura da peça a cortar montada na mesa de suporte por contacto com a superfície da peça a cortar.
- 4. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se medir uma espessura da peça a cortar montada na mesa de suporte sem contacto com a superfície da peça a cortar.
- 5. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma unidade de cópia fixada num tubo óptico que suporta uma cabeça de maquinagem por laser, para irradiar o feixe de raios laser fortemente focado da máquina de corte por laser, sobre a peça a cortar, de modo tal que pode mover-se numa direcção vertical, medir um valor ligeiro de alteração da espessura de uma porção da peça a cortar, por meio de um sensor de cópia da mesma, no processo de corte, e fornecer na sua saída o valor da alteração medido à unidade de controlo, calculando a unidade de controlo o valor da correcção de acordo com o valor medido da alteração recebido da unidade de cópia e descolando ligeiramente a cabeça de maquinagem por laser, numa direcção vertical para corrigir a posição de focagem óptima do feixe de raios laser relativamente à peça a cortar.
- 6. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o sensor de cópia medir uma espessura da peça a cortar montada na mesa de suporte por contacto com a superfície de uma porção da peça a cortar na vizinhança de uma porção irradiada pelo feixe de raios laser.
- 7. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o sensor de cópia medir uma espessura da peça a cortar mon-I- 3 tada na mesa de suporte sem contactar com a superfície da peça a cortar.
- 8. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a mesa de suporte ser uma mesa de coordenadas X-Y que pode mover-se longitudinalmente e latitudinalmente num plano e por a mesa de suporte ser movida relativamente ao feixe de raios laser no referido plano, por este movimento da mesa de coordenadas X-Y, para traçar a pista de corte predeterminada.
- 9. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pista de corte predeterminada ser traçada pelo movimento no plano da mesa de coordenadas X-Y utilizada como mesa de suporte, enquanto a posição de focagem óptima do feixe de raios laser relativamente à peça a cortar é corrigida pelo movimento vertical da cabeça de maquinagem por laser para irradiar o feixe de raios laser fortemente focado da máquina de cortar por laser sobre a peça a cortar.
- 10. Processo de corte por laser de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se instalar um par de carris de coluna ao longo de lados opostos de uma mesa fixa utilizada como mesa de suporte, por se instalar uma coluna tipo pórtico nos carris de coluna transversalmente em relação à mesa, de modo tal que possa mover-se quer na direcção longitudinal quer na direcção latitudinal num plano, por a cabeça de maquinagem por laser que pode mover-se numa direcção vertical estar montada na parte superior da coluna tipo pórtico de modo tal que pode mover-se numa outra direcção perpendicular à direcção do movimento da coluna tipo pórtico e por a pista de corte predeterminada ser traçada pela combinação do movimento da cabeça de maquinagem por laser e do movimento da coluna
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Laying open of patent application |
Effective date: 19940519 |
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| FG3A | Patent granted, date of granting |
Effective date: 19991117 |
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| MM3A | Annulment or lapse |
Free format text: LAPSE DUE TO NON-PAYMENT OF FEES Effective date: 20010531 |